(57)【要約】  レーザ走査装置を用いた自動適応走査のための技術は、疎角解像度で距離測定値を取得することと、水平に整理された距離ゲートサブセットと特徴的距離を形成することを含む。細密角解像度は、特徴的距離と目標空間解像度に基づいて自動的に決定される。細密角解像度が、疎角解像度よりも細密である場合、その後、最小と最大の垂直角が、任意の前の水平スライスからビンサイズを延長する各水平スライスにおいて、自動的に決定される。適応最小垂直角と適応最大垂直角のセットは、すべてのスライスの最小垂直角と最大垂直角を第２の水平角解像度まで拡張し、内挿補間することによって自動的に決定される。水平開始角、および適応最小垂直角と適応最大垂直角のセットは、測距システムに第２の角解像度で測定値を取得させるために、送られる。【選択図】図４
2019537013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査レーザ測距システムを動作させる方法であって、該方法は：
ａ．走査レーザ測距システムの視野内の目標最大距離にある物体に対する距離測定の目標空間解像度、および、このシステムに、目標最大距離での疎空間解像度を生成させる、システムの疎角解像度を決定する工程であって、ここで、疎空間解像度は目標空間解像度より大きい、工程；
ｂ．走査レーザ測距システムを動作させる工程であって、第１の次元の疎開始角と第１の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第１の次元の疎角解像度で、第１の次元における、および、第２の次元の疎開始角と第２の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第２の次元の疎角解像度で、第２の次元における、複数の疎距離測定値を得るための、工程；
ｃ．複数の疎距離測定値のうちの、第１の次元の整理された距離ゲートのサブセットを決定する工程であって、ここで、距離ゲートサブセット中の各距離測定値は、サブセットの最小距離以上であり、かつサブセットの最大距離未満である、工程；
ｄ．距離ゲートサブセットに基づいてサブセットの最小距離とサブセットの最大距離の間の特徴的距離を自動的に決定する工程；
ｅ．特徴的距離と目標空間解像度に基づいて第１の次元の細密角解像度と第２の次元の細密角解像度を自動的に決定する工程；および
ｆ．第１の次元の細密角解像度が、第１の次元の疎角解像度より細密である場合、または、第２の次元の細密角解像度が、第２の次元の疎角解像度より細密である場合、次に、
ｇ．第１の次元の疎角解像度に基づいて、サブセットの第１の次元の角のビンサイズを自動的に決定する工程；
ｈ．任意の前の第１の次元のスライスからサブセットの第１の次元の角のビンサイズを延長する第１の次元のそれぞれのスライスにおける、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、自動的に決定する工程；
ｉ．すべてのスライスの第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、第１の次元の細密角解像度まで拡張し、内挿補間することによって、第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを自動的に決定する工程；
ｊ．角解像度、第１の次元の開始角、第１の次元のビンサイズ、および第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを含む適応走査特性を、走査レーザ測距システムに送信する工程であって、第１の次元の各スライスについて、第１の次元の細密解像度で、および、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角の間における第２の次元の細密角解像度で、走査レーザ測距システムに複数の細密距離測定値を取得させるための、工程、
を含む、方法。
【請求項２】
第１の次元の細密角解像度が、第１の次元の疎角解像度より細密である場合、または、第２の次元の細密角解像度が、第２の次元の疎角解像度より細密である場合、次に、１．走査レーザ測距システムの走査速度およびローカルオシレータ遅延時間を自動的に決定する工程をさらに含み、ここで適応走査特性を送信する工程は、走査速度およびローカルオシレータ遅延時間を走査レーザ測距システムに送信する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ａ〜ｊを通じて工程が約０．１秒以内に行われるように、疎角解像度が工程ａにおいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の次元の細密開始角は、距離ゲートサブセットにおける第１の次元の最小角に基づき、または第１の次元の細密停止角は、距離ゲートサブセットにおける第１の次元の最大角に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１の次元の細密開始角は、距離ゲートサブセットにおける第１の次元の最小角にほぼ等しい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
サブセットの第１の次元の角のビンサイズは、第２の次元の最小角における第１の次元の疎角解像度の半分とほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１の次元は水平であり、および第２の次元は垂直である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
走査レーザ測距システムの動作させる工程は、のこぎり歯スキャンの軌道を使用した走査のために走査レーザ測距システムを動作させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
命令の１つ以上のシーケンスを伝送する非一時的コンピュータ可読媒体であって、１つ以上のプロセッサによる命令の１つ以上のシーケンスの実行が、１つ以上のプロセッサに：
ａ．走査レーザ測距システムの視野内の目標最大距離にある物体に対する距離測定の目標空間解像度、および、このシステムに、目標最大距離での疎空間解像度を生成させる、システムの疎角解像度を決定する工程であって、ここで、疎空間解像度は目標空間解像度より大きい、工程；
ｂ．第１の次元の疎開始角と第１の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第１の次元の疎角解像度で、第１の次元における、および、第２の次元の疎開始角と第２の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第２の次元の疎角解像度で、第２の次元における、複数の疎距離測定値を走査レーザ測距システムから得る工程；
ｃ．複数の疎距離測定値のうちの、第１の次元の整理された距離ゲートのサブセットを決定する工程であって、ここで、距離ゲートサブセット中の各距離測定値は、サブセットの最小距離以上であり、かつサブセットの最大距離未満である、工程；
ｄ．距離ゲートサブセットに基づいてサブセットの最小距離とサブセットの最大距離の間の特徴的距離を決定する工程；
ｅ．特徴的距離と目標空間解像度に基づいて第１の次元の細密角解像度と第２の次元の細密角解像度を決定する工程；および
ｆ．第１の次元の細密角解像度が、第１の次元の疎角解像度より細密である場合、または、第２の次元の細密角解像度が、第２の次元の疎角解像度より細密である場合、次に、
ｇ．第１の次元の疎角解像度に基づいて、サブセットの第１の次元の角のビンサイズを自動的に決定する工程；
ｈ．任意の前の第１の次元のスライスからサブセットの第１の次元の角のビンサイズを延長する第１の次元のそれぞれのスライスにおける、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、自動的に決定する工程；
ｉ．すべてのスライスの第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、第１の次元の細密角解像度まで拡張し、内挿補間することによって、第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを自動的に決定する工程；
ｊ．角解像度、第１の次元の開始角、第１の次元のビンサイズ、および第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを含む適応走査特性を、走査レーザ測距システムに送信する工程であって、第１の次元の各スライスについて、第１の次元の細密解像度で、および、第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角の間における第２の次元の細密角解像度で、走査レーザ測距システムに複数の細密距離測定値を取得させるための、工程、
を行わせる、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０】
装置であって、
少なくとも１つのプロセッサ；および、
命令の少なくとも１つ以上のシーケンスを含む少なくとも１つのメモリ、
を含み、
少なくとも１つのメモリおよび命令の少なくとも１つ以上のシーケンスは、少なくとも１つのプロセッサを用いて、装置に少なくとも、
ａ．走査レーザ測距システムの視野内の目標最大距離にある物体に対する距離測定の目標空間解像度、および、このシステムに、目標最大距離での疎空間解像度を生成させる、システムの疎角解像度を決定する工程であって、ここで、疎空間解像度は目標空間解像度より大きい、工程；
ｂ．第１の次元の疎開始角と第１の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第１の次元の疎角解像度で、第１の次元における、および、第２の次元の疎開始角と第２の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第２の次元の疎角解像度で、第２の次元における、複数の疎距離測定値を走査レーザ測距システムから得る工程；
ｃ．複数の疎距離測定値のうちの、第１の次元の整理された距離ゲートのサブセットを決定する工程であって、ここで、距離ゲートサブセット中の各距離測定値は、サブセットの最小距離以上であり、かつサブセットの最大距離未満である、工程；
ｄ．距離ゲートサブセットに基づいてサブセットの最小距離とサブセットの最大距離の間の特徴的距離を決定する工程；
ｅ．特徴的距離と目標空間解像度に基づいて第１の次元の細密角解像度と第２の次元の細密角解像度を決定する工程；および、
ｆ．第１の次元の細密角解像度が、第１の次元の疎角解像度より細密である場合、または、第２の次元の細密角解像度が、第２の次元の疎角解像度より細密である場合、次に、
ｇ．第１の次元の疎角解像度に基づいて、サブセットの第１の次元の角のビンサイズを自動的に決定する工程；
ｈ．任意の前の第１の次元のスライスからサブセットの第１の次元の角のビンサイズを延長する第１の次元のそれぞれのスライスにおける、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、決定する工程；
ｉ．すべてのスライスの第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、第１の次元の細密角解像度まで拡張し、内挿補間することによって、第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを決定する工程；
ｊ．角解像度、第１の次元の開始角、第１の次元のビンサイズ、および第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを含む適応走査特性を、走査レーザ測距システムに送信する工程であって、第１の次元の各スライスについて、第１の次元の細密解像度で、および、第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角の間における第２の次元の細密角解像度で、走査レーザ測距システムに複数の細密距離測定値を取得させるための、工程、
を行わせる、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載される装置と走査レーザ測距システムを含む、システム。
【請求項１２】
非一時的コンピュータ可読媒体であって：
走査レーザ測距システムからの観測の距離ゲートサブセットを示す第１のフィールド保持データであって、ここで観測のサブセットは、距離ゲートの最小距離から距離ゲートの最大距離までの間隔における距離を有する、第１のフィールド保持データ；および、
複数のレコード
を運び、各レコードは、サブセットのスライス内の第１の次元の角度を示す第１のレコードフィールドであって、ここでサブセットのスライスは、スライスの第１の次元の最小角からスライスの第１の次元の最大角までの範囲における第１の次元の角度を有する、第１のレコードフィールド、およびスライスにおける第２の次元の角度の極値を示すデータを保持する第２のレコードフィールドであって、ここで極値は、値のセットの最大値、または値のセットの最小値のいずれかである、第２のレコードフィールド、を含み、ここで各レコードは、第１のレコードフィールドの内容の順番に従う、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
各レコードは、スライスにおける第２の次元の角度の異なる極値を示す第３のレコードフィールドをさらに含む、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
走査レーザ測距システムを動作させる方法であって、該方法は：
第１の距離測定値を取得するために、第１の基準経路遅延時間で走査レーザ測距システムを動作させる工程；
第１の基準経路遅延時間が第１の距離測定のために有利であるか否かを決定する工程；
第１の基準経路遅延時間が第１の距離測定のために有利ではない場合、次に、
第１の距離測定のために有利である第２の基準経路遅延時間を決定する工程；および、
その後、第２の距離測定値を取得するために、第２の基準経路遅延時間において、走査レーザ測距システムを動作させる工程、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１１月３０日に出願された仮出願番号６２／４２８，１１７の利益を主張するものであり、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）にしたがって、本参照により、前記仮出願の全内容が本明細書に組み込まれ、そこに記載されているものとされる。
【０００２】
政府利益の記載
本発明は、陸軍省により与えられた政府支援Ｗ９１３２Ｖ−１４−Ｃ−０００２を得て、なされたものである。政府は、本発明に対する一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
ニーモニックによりしばしばＬＩＤＡＲと呼ばれる、光検知と測距のための光学測距は、高度測定から、撮像、衝突回避に至るまで、様々な適用に利用される。ＬＩＤＡＲは、無線波検知と測距（ＲＡＤＡＲ）など、従来のマイクロ波測距システムに比べて、より小さいビームサイズを用いて、より細密な距離解像度を提供する。光学測距は、物体への光パルスの往復時間に基づく直接測距、送信されたチャープ光信号と物体に散乱されて戻って来た信号の間の周波数の差に基づくチャープ検知、自然信号から区別可能な単一周波数の位相変化のシーケンスに基づく位相符号化検知など、いくつかの異なる技術を用いて実現可能である。
【０００４】
許容可能な距離の確度と検知感度を達成するために、直接長距離測距ＬＩＤＡＲシステムは、低パルス反復率と極めて高いパルスピーク電力を有する短いパルスのレーザを用いる。高パルス電力は、光学コンポーネントの急速な劣化につながり得る。チャープＬＩＤＡＲシステムと位相符号化ＬＩＤＡＲシステムは、比較的低いピーク光出力を有する長い光パルスを用いる。この構成では、パルス幅ではなく、チャープ帯域幅または位相符号の長さとともに、距離確度が増加するので、いっそう優れた距離確度が達成可能である。
【０００５】
光搬送波を変調するために広帯域無線周波数（ＲＦ）電気信号を用いて、有用な光チャープ帯域幅が実現された。最近のチャープＬＩＤＡＲの進歩としては、光検知器で戻って来た信号と組み合わされる基準信号と同じ変調光搬送波を用いて、基準信号と戻って来た信号の間の周波数または位相の差に比例する、比較的低いビート周波数を、生成電気信号に生じさせることなどがある。検知器における周波数の差の、この種のビート周波数検知は、ヘテロダイン検知と呼ばれる。これは、既成の安価な無線周波数コンポーネントを利用できることなど、この技術分野において既知の利点をいくつか有する。米国特許番号７，７４２，１５２に記載された最近の研究は、基準光信号として、送信光信号から分割された光信号を使用する、新規の、より単純な、光コンポーネント配置を示している。この配置は、この特許では、ホモダイン検知と呼ばれている。
【０００６】
位相符号化マイクロ波信号で光搬送波を変調するＬＩＤＡＲ検知も、用いられている。この技術は、戻って来た信号の特定周波数の位相（または位相変化）のシーケンスと、送信信号のそれとの相関を用いる。相関におけるピークに関連する時間遅延が、媒質中の光の速度による測距に関連づけられる。この技術の利点は、必要なコンポーネントの数が少ないこと、位相符号化マイクロ波および光通信のために開発された大量生産ハードウェアコンポーネントを使用できることなどである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明者は、従来の方法よりも短い時間で、目標とする空間解像度をもって物体を走査するためには、変化が望まれること、また、この目的の達成は、適応走査と呼ばれる、所望の物体に関連する角度範囲内に、光学測距システムによる走査を集中することによって可能になることに気づいた。走査レーザ測距システムによる自動またはリアルタイム適応走査の技術が提供される。
【０００８】
第１の実施形態のセットにおいては、方法は、走査レーザ測距システムの視野内で目標最大距離での物体の距離測定のための目標空間解像度、および、システムに、目標最大距離での疎角度解像度を生成させる、システムのための疎角度解像度を決定することを含み、この疎空間解像度は目標空間解像度より大きいものである。この方法はまた、走査レーザ測距システムを動作させて、第１の次元の疎開始角と第１の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第１の次元の疎角解像度で、第１の次元における、および、第２の次元の疎開始角と第２の次元の疎停止角の間の疎角解像度に基づく第２の次元の疎角解像度で、第２の次元における、複数の疎距離測定値を得ることを含む。さらに、この方法は、疎距離測定値のうちの、第１の次元の整理された距離ゲートのサブセットを決定することを含み、距離ゲートサブセット中の各距離測定値は、サブセットの最小距離以上であり、かつサブセットの最大距離未満である。さらに、この方法は、距離ゲートサブセットに基づいてサブセットの最小距離とサブセットの最大距離の間の特徴的距離を自動的に決定することを含む。さらに、この方法は、特徴的距離と目標空間解像度に基づいて第１の次元の細密角解像度と第２の次元の細密角解像度を自動的に決定することを含む。さらに、第１の次元の細密角解像度が、第１の次元の疎角解像度より細密である場合、または、第２の次元の細密角解像度が、第２の次元の疎角解像度より細密である場合、この方法は、以下の工程を含む。サブセットの第１の次元の角のビンサイズが、第１の次元の疎角解像度に基づいて自動的に決定される。任意の前の第１の次元のスライスからサブセットの第１の次元の角のビンサイズを延長する第１の次元のそれぞれのスライスにおける、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角が、自動的に決定される。第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットが、すべてのスライスの第２の次元の最小角と第２の次元の最大角を、第１の次元の細密角解像度まで拡張し、内挿補間することによって、自動的に決定される。適応走査特性がシステムに送信され、これは、走査レーザ測距システムに、第１の次元の各スライスについて、第１の次元の細密解像度で、および、第２の次元の最小角と第２の次元の最大角の間における第２の次元の細密角解像度で、距離測定値を得させる、角解像度、第１の次元の開始角、第１の次元のビンサイズ、および第２の次元の適応最小角と第２の次元の適応最大角のセットを送信することを含む。
【０００９】
第１の実施形態のセットのいくつかにおいて、走査レーザ測距システムの走査速度およびローカルオシレータ遅延時間が、自動的に決定され、そして、適応走査特性を送信する工程は、走査速度およびローカルオシレータ遅延時間を走査レーザ測距システムに送信することを、さらに含む。
【００１０】
第２の実施形態のセットにおいて、非一時的コンピュータ可読媒体は、走査レーザ測距システムからの観測の第１の距離ゲートサブセットを示す第１のフィールド保持データを含み、観測のこのサブセットは、距離ゲートの最小距離から距離ゲートの最大距離までの間隔における距離を有し、そして、この媒体は、複数のレコードを含む。各レコードは、第１のレコードフィールドと第２のレコードフィールドを含む。第１のレコードフィールドは、サブセットのスライス内の第１の次元の角度を示し、サブセットのスライスは、スライスの第１の次元の最小角からスライスの第１の次元の最大角までの範囲における第１の次元の角度を有する。第２のレコードフィールドは、スライスにおける第２の次元の角度の極値を示すデータを保持し、ここで、極値は、値のセットの最大値、または値のセットの最小値である。レコードは、第１のレコードフィールドの内容の値による順番に従う。
【００１１】
第３の実施形態のセットにおいて、走査レーザ測距システムを動作させる方法は、第１の距離測定値を取得するために、第１の基準経路遅延時間で走査レーザ測距システムを動作させることを含む。この方法は、第１の基準経路遅延時間が第１の距離測定のために有利であるか否かを決定することを含む。第１の基準経路遅延時間が第１の距離測定のために有利ではない場合、この方法は、さらに、第１の距離測定のために有利である、第２の基準経路遅延時間を決定し、その後、第２の距離測定値を取得するために、第２の基準経路遅延時間において、走査レーザ測距システムを動作させることを含む。
【００１２】
その他の実施形態において、システムまたは装置またはコンピュータ可読媒体は、上述の方法の１つ以上の工程を実行するように構成される。
【００１３】
さらに他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な記載から、単に、本発明の実施のために想定される最良の形態を含む、多数の特定の実施形態および実装を例示することにより、十分に明らかである。他の実施形態も、その他の異なる特徴および利点の能力を有し、そのいくつかの詳細は、様々な自明の点において、すべて、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、修正可能である。したがって、図面および記述は、例示的性格のものであり、制限的とみなされてはならない。
【００１４】
実施形態は、例示として示されるものであり、制限するものではなく、添付の図面において、同じ参照番号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】実施形態による光チャープ測距の例を示すグラフのセットを示す図である。
【図１Ｂ】実施形態にしたがって距離を示す、脱チャープ化から生じるビート周波数の測定例を示す図である。
【図２Ａ】様々な実施形態による高解像度ＬＩＤＡＲシステムのコンポーネント例を示すブロック図である。
【図２Ｂ】様々な実施形態による高解像度ＬＩＤＡＲシステムのコンポーネント例を示すブロック図である。
【図３Ａ】実施形態による、走査レーザ測距システムにより走査される例示の場所を示す画像を示す図である。
【図３Ｂ】実施形態による適応的に走査される、図３Ａの場所の水平方向部分の例示画像を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態による、図３Ｂに明らかに示された形状のための、角空間におけるセットまたはエリアの例示を示すブロック図である。
【図３Ｄ】実施形態にしたがって、図３Ｄに描かれた形状を疎角走査する例を示すブロック図である。
【図３Ｅ】実施形態にしたがって、図３Ｄに描かれた形状に対する距離ゲート内の距離の一団の内の角走査空間における被走査距離の隣接エリアの例示を示すブロック図である。
【図４】実施形態による走査レーザ測距システムによる適応走査の方法の例示を示すフローチャートである。
【図５】実施形態による、俯瞰図および斜視図における、後方散乱信号戻りまでの距離の例示画像を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態による、図５の斜視図における後方散乱信号戻りまでの距離のための距離ゲートの例示の画像を示す図である。図６Ｂ〜Ｄは、実施形態による、Ａに図示した４つの距離ゲートにおける、信号戻りの例を示す走査角空間におけるマスクを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａは、実施形態による、図５の斜視図における後方散乱信号戻りまでの距離のための距離ゲートの例示の画像を示す図である。図６Ｂ〜Ｄは、実施形態による、Ａに図示した４つの距離ゲートにおける、信号戻りの例を示す走査角空間におけるマスクを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａは、実施形態による、図５の斜視図における後方散乱信号戻りまでの距離のための距離ゲートの例示の画像を示す図である。図６Ｂ〜Ｄは、実施形態による、Ａに図示した４つの距離ゲートにおける、信号戻りの例を示す走査角空間におけるマスクを示す図である。
【図６Ｄ】図６Ａは、実施形態による、図５の斜視図における後方散乱信号戻りまでの距離のための距離ゲートの例示の画像を示す図である。図６Ｂ〜Ｄは、実施形態による、Ａに図示した４つの距離ゲートにおける、信号戻りの例を示す走査角空間におけるマスクを示す図である。
【図６Ｅ】実施形態による、図６Ａに図示した４つの距離ゲートにおける、信号戻りの例を示す走査角空間におけるマスクを示す図である。
【図７Ａ】実施形態による、それぞれ、異なる特徴的範囲（または、異なる目標空間解像度）のための、図６Ｅに描いた距離ゲートの一部における、複数の隣接する水平スライスにおける適応走査パターン例を示すグラフである。
【図７Ｂ】実施形態による、それぞれ、異なる特徴的範囲（または、異なる目標空間解像度）のための、図６Ｅに描いた距離ゲートの一部における、複数の隣接する水平スライスにおける適応走査パターン例を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態を実装し得るコンピュータシステムの例示のブロック図である。
【図９】本発明の実施形態を実装し得るチップセットの例示のブロック図である。
【図１０】実施形態による、場所の疎角走査における距離のヒストグラムの例示のグラフである。
【図１１Ａ】実施形態による、場所の疎角走査のデータ構造を例示するブロック図である。
【図１１Ｂ】実施形態による、複数の水平角度ビンのための適応最大垂直角と適応最小垂直角を例示するブロック図である。
【図１２】実施形態による、距離ゲートのための、最大垂直角の水平角従属および最小垂直角の水平角従属を例示するグラフである。
【図１３Ａ】実施形態による、図６Ｃに図示した１つの距離ゲートについて、それぞれ非拡張（緊密）と拡張の、最大と最小の垂直角を例示する、走査角度におけるマスクを示す図である。
【図１３Ｂ】実施形態による、図６Ｃに図示した１つの距離ゲートについて、それぞれ非拡張（緊密）と拡張の、最大と最小の垂直角を例示する、走査角度におけるマスクを示す図である。
【図１４】実施形態による、準リアルタイムの適応角走査を自動的に決定する方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
レーザ測距システムによる適応走査のための方法、装置、システム、およびコンピュータ可読媒体を説明する。以下の記載においては、説明のために、本発明の完全な理解を可能にするために、多数の具体的詳細を記述する。ただし、本発明はそれらの具体的詳細なしでも実行可能であることは、当業者には明らかであろう。その他の例では、本発明を不必要にあいまいにすることを避けるために、周知の構造およびデバイスをブロック図に示す。
【００１７】
広い適用範囲を表す距離およびパラメータの数値は近似であるけれども、具体的な非制限的例示に示す数値は、可能な限り、正確に報告する。ただし、数値は、本質的に、本明細書作成時の、それぞれの試験測定値に見られる標準偏差に由来する誤差を必然的に含む。さらに、文脈から明らかな場合を除き、本明細書に示される数値は、最下位桁が精度を示すものとする。したがって、値１．１は、１．０５と１．１５の間の値を表す。「約」という語は、所与の値を中心とする広い範囲を示すために用いられ、文脈から明らかな場合を除き、最下位桁を中心とする広い範囲を表し、例えば、「約１．１」は、１．０から１．２までの範囲を意味する。最下位桁が明確でない場合は、「約」という語は、係数２を意味するものとし、例えば、「約Ｘ」は、０．５Ｘ〜２Ｘの範囲の値を表し、また、例えば、約１００は、５０〜２００の範囲の値を表す。さらに、本明細書に開示された範囲はすべて、そこに含まれる任意の、およびすべてのサブレンジを包含するものと理解されなければならない。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０と最大値１０の間（両端を含む）、すなわち、０以上の最小値かつ１０以下の最大値を有する、任意の、およびすべてのサブレンジ、例えば、１〜４を、含むことができる。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態は、線形周波数変調光信号に関連して、下述のように記述されるが、周波数変調光信号を用いなくてもよい。また別の実施形態では、振幅パルス化または位相符号化光信号が用いられる。実施形態は、限定された水平角スイープに対する静止レーザ走査に関連して記述される。また別の実施形態では、全３６０度の水平角スイープを含む、狭い、または広い、水平角スイープを用いる、可動レーザ測距システムが使用される。多くの実施形態は、垂直方向ののこぎり歯状走査軌跡に関して記述される。一方、別の実施形態では、垂直列順走査軌跡あるいは水平行順走査軌跡、またはそれらの組み合わせが用いられる。例えば、水平方向の運動（遅い）のための回転ステージと垂直方向（速い）のためのガルバノ走査ミラーを備えるハードウェア構成を有する実施形態では、垂直方向のこぎり歯状投影が用いられた。また別の実施形態は、２軸高速ステアリングミラー（２つの次元での高速走査、限定視野）または２軸パン−チルトユニット（２つの次元での低速運動、広大視野）、または組み合わせを用いる。
【００１９】
１．チャープ検知の概要
図１Ａは、実施形態による光学チャープ距離測定を例示するグラフのセット１１０、１２０、１３０、１４０である。水平軸１１２は、４つのグラフのすべてに共通であり、ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０−３ｓ）程度の任意の単位の時間を示す。グラフ１１０は、送信光信号として使用される光ビームの出力を示す。グラフ１１０の垂直軸１１４は、任意の単位での送信信号電力を示す。トレース１１６は、時刻０に開始する限定的なパルス時間幅τの間、電力がオンであることを示す。グラフ１２０は、送信信号の周波数を示す。垂直軸１２４は、任意の単位での送信周波数を示す。トレース１２６は、パルスの周波数が、パルスの時間幅τを通じて、ｆ１からｆ２へ増加し、したがって、帯域幅Ｂ＝ｆ２−ｆ１を有することを示す。周波数変化率は、（ｆ２−ｆ１）／τである。
【００２０】
戻り信号は、時間を示す水平軸１１２と、グラフ１２０と同じように、周波数を示す垂直軸１２４を有する、グラフ１３０に描かれている。グラフ１２０のチャープ１２６も、グラフ１３０に、点線としてプロットされている。第１の戻り信号は、トレース１３６ａによって示されており、送信基準信号が強度（図示せず）において減衰し、Δｔだけ遅延したものと同じである。戻り信号が、標的までの距離をＲとして、外部の物体から２Ｒの距離を進行した後、受信されると、この戻り信号は、２Ｒ／ｃによって与えられる遅延時間Δｔの時に開始し、ここで、ｃは媒質中の光の速度（約３×１０８ｍ／ｓ）である。この時間を通じて、周波数は、距離に従属し、周波数の変化率に遅延時間を乗じることに得られる量ｆＲだけ変化している。これは、式１ａによって与えられる。
ｆＲ＝（ｆ２−ｆ１）／τ＊２Ｒ／ｃ＝２ＢＲ／ｃτ          （１ａ）
値ｆＲは、脱チャープ化と呼称される時間領域混合演算において、送信信号１２６と戻り信号１３６ａの周波数の差によって測定される。したがって、距離Ｒは、式１ｂによって与えられる。
Ｒ＝ｆＲｃτ／２Ｂ            （１ｂ）
当然、パルスが完全に送信された後に戻り信号が到着した場合、すなわち、２Ｒ／ｃがτより大きい場合、式１ａと１ｂは有効ではない。この場合、ローカルオシレータ（ＬＯ）とも呼ばれる基準信号は、戻り信号が基準信号と重なり合うように、既知の量または固定量、遅延される。式１ｂから計算される距離に加えられる追加距離を得るために、基準信号のこの固定または既知の遅延時間ΔｔＬＯに光の速度ｃが乗算される。絶対距離は、媒質中の光の速度が不確実であるので、得られないかもしれないが、これは、ほぼ一定の誤差であり、周波数の差に基づく相対距離は、なお、非常に精度が高い。
【００２１】
いくつかの状況においては、送信光ビームによって照明された地点においては、半透明物体の前部と後部、またはＬＩＤＡＲからの距離が異なる、物体の近い部分と遠い部分、または照明された地点内の２つの別個の物体など、異なる距離で２つ以上の異なる散乱体に遭遇する。そのような状況では、グラフ１３０のトレース１３６ｂに示す、第２の減衰強度および異なる遅延の信号も受信される。これは、式１ｂを用いて異なる距離を与える、異なる測定値ｆＲを得ることになる。いくつかの状況では、複数の戻り信号が受信される。
【００２２】
グラフ１４０は、第１の戻り信号１３６ａと基準チャープ１２６の間の差周波数ｆＲを描いたものである。水平軸１１２は、図１Ａの他のすべての並ぶグラフと同様の時間を示し、垂直軸１３４は、大きく拡大した目盛りでの周波数差を示す。トレース１４６は、送信すなわち基準のチャープ中に測定された定周波数ｆＲを描いたものであり、これは、式１ｂによって与えられる特定の距離を示す。第２の戻り信号１３６ｂは、これが現れた場合、脱チャープ化中に、異なる、より大きな値のｆＲ（図示せず）を引き起こし、その結果、式１ｂを用いると、より大きな距離が生成される。
【００２３】
脱チャープ化の一般的な方法は、基準光信号と戻って来た光信号の両方を同じ光検知器に誘導することである。検知器の電気出力は、検知器に集まる２つの信号の周波数、位相、および振幅の差に等しいか、またはその他の形で従属する、ビート周波数に支配される。この電気的出力のフーリエ変換は、ビート周波数でのピークを生成する。このビート周波数は、光の周波数レンジであるテラヘルツ（ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０１２ヘルツ）ではなく、無線周波数レンジであるメガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０６ヘルツ＝１０６サイクル／秒）である。このような信号は、マイクロプロセッサあるいは特別製のＦＦＴ、またはその他のデジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路上で実行される高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムなど、一般的な安価なＲＦコンポーネントによって容易に処理可能である。別の実施形態においては、戻り信号は、（ローカルオシレータとしてのチャープとの対比において）ローカルオシレータとして機能する連続波（ＣＷ）トーンと混合される。この結果、それ自身チャープである（または、何であれ、送信された波長である）信号が検知される。この場合、検知された信号は、Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ  １９９０に記載されたように、デジタル領域において整合フィルタリングを経る。これの欠点は、デジタイザの帯域幅要件が一般に高くなることである。コヒーレント検波の積極面は、別の意味で維持される。
【００２４】
図１Ｂは、実施形態による、脱チャープ化から生じるビート周波数の測定値の例示のグラフであり、距離を示す。水平軸１５２は、メガヘルツ単位の周波数を示し、垂直軸は、送信電力密度ＩＴに対する戻り信号の電力密度ＩＲをデシベル（ｄＢ、ｄＢ単位の電力＝２０  ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））単位で示す。トレース１５６は、例えば、ＦＦＴ回路によって生成されるような、光検知器による電気信号出力のフーリエ変換であり、プロットされたデータは、Ａｄａｎｙ  ｅｔ  ａｌ．，２００９が発表したデータに基づく。ピークの垂直位置は、式１ｂを用いると、距離を示すｆＲを与える。さらに、ピークの他の特性を用いて、戻り信号を記述することができる。例えば、ピークにおける電力値は、トレース１５６の最大値によって、さらに通例においては、ピーク値（図１Ｂにおいては、約−３１ｄＢ）とピークの肩部におけるノイズフロア（図１Ｂにおいては、約−５０ｄＢ）の差１５７（図１Ｂにおいては、約１９ｄＢ）によって特徴づけられ、ピークの幅は、最大値の半分における周波数幅１５８（図１Ｂにおいては、約０．０８ＭＨｚ）（ＦＷＨＭ）によって特徴づけられる。複数の識別可能な戻り信号がある場合、光検知器のＦＦＴにおいて、複数の異なる電力レベルと幅を有する、複数のピークが存在することになる。トレースにおいて自動的にピークを発見し、位置、高さ、および幅によってそれらを特徴づける任意の方法を用いることができる。例えば、いくつかの実施形態では、Ｎａｔｉｃｋ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ所在のＭＡＴＨＷＯＲＫＳ（商標）のＭＴＬＡＢ（商標）から入手できる、ＭＡＴＬＡＢ−Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ＴｏｏｌｂｏｘによるＦＦＴＷまたはピーク検知が使用される。また、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ所在のＮＶＩＤＩＡ（商標）から入手できる、ＣＵＤＡのＦＦＴＷおよびＣＵＤＡ（商標）のカスタムピーク検知によるカスタム実装を使用することもできる。カスタム実装は、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）にプログラムされている。一般的に用いられるアルゴリズムは、距離プロファイルに閾値を設け、質量中心アルゴリズム、ピーク適合アルゴリズム（３点ガウス関数一致）、またはいくつかの関数（ガウス関数などの）についてピークの非線形一致を実行して、ピークの位置をより精度高く決定することである。
【００２５】
新たな独立の測定が、可動ＬＩＤＡＲシステムの、異なる角度または平行移動位置において、休止ｔｉの後の別のパルスを使用して行われ、したがって、パルスレート（ＰＲ）は、式１／（τ＋ｔｉ）によって与えられる。フレームは、距離の２次元画像であり、そこにおいては、画像の各画素は、送信ビームによって見られた物体の別の部分までの距離を示す。１０００個の水平角度かける１０００個の垂直角度の各々において、送信信号から組み立てられたフレームについて、各フレームは、１０６個の画素を含み、フレームレート（ＦＲ）は、パルスレートの１０−６倍、例えば、１０−６／（τ＋ｔｉ）である。
【００２６】
２．チャープ検知ハードウェアの概要
測距方式がどのように実装されるかを描くために、いくつかの一般的なハードウェア方式を説明する。図２Ａと図２Ｂは、様々な実施形態による高解像度ＬＩＤＡＲシステムのコンポーネントを例示したブロック図である。図２Ａでは、レーザ源２１２が、搬送波２０１を発射し、これが、変調器２１４において、ＲＦ波形発生器２１５からの入力に基づいて、振幅変調、周波数変調、位相変調、またはそれらの組み合わせによって変調されて、帯域幅Ｂと時間幅τを有するパルスを含む光信号２０３が生成される。いくつかの実施形態では、ＲＦ波形生成器２１５は、処理システム２５０からのコマンドでソフトウェア制御される。スプリッタ２１６は、変調された信号２０５を、光信号２０３のエネルギーのほとんどを有する送信信号２０５と、それよりはるかに小さいエネルギー量であるが、それでも、標的（図示せず）によって散乱された戻り信号への有効なヘテロダインまたはホモダイン干渉を生成するには十分なエネルギー量を有する基準信号２０７に分割する。いくつかの実施形態では、送信ビームは複数角度にわたって走査し、走査光学装置２１８を用いて、その経路内にある物体の輪郭を得る。基準信号は、散乱光とともに検知器アレイ２３０に到達するように、基準経路２２０において十分に遅延される。いくつかの実施形態では、スプリッタ２１６は、変調器２１４の上流側にあり、基準ビーム２０７は変調されない。いくつかの実施形態では、基準信号は、新たなレーザ（図示せず）を用いて、独立に生成され、基準経路にある別の変調器（図示せず）と生成器２１５からのＲＦ波形を用いて、別に変調される。いくつかの実施形態では、図２Ｂを参照して下に述べるように、単一のレーザ源２１２からの出力は、基準経路２２０において、独立に変調される。柔軟性の小さいものから、大きなものまで、様々な実施形態において、１）経路長が十分に一致するように送信ビームの一部が反射されて検知器アレイに戻ってくるように、対象場所にミラーを置くこと、２）図２Ａに示すように、特定の距離について観測または予想される位相差を補償するための経路長調整の有無にかかわらず、検知器アレイ近傍の光学装置により、経路長をほぼ一致させて、基準ビームをブロードキャストするために、ファイバ遅延を利用すること、または、３）図２Ｂを参照して下に詳しく述べるように、経路長の不一致を補償するために別の変調を生成するために、周波数偏移デバイス（音響−光学変調器）またはローカルオシレータ波形変調の時間遅延を用いること、または、それらの組み合わせによって、基準信号は、散乱フィールドまたは反射フィールドとともに到着させられる。いくつかの実施形態では、戻り信号が、遅延なしに、基準信号と十分に重なり合うように、標的が十分近く、パルス時間幅が十分長い。いくつかの実施形態では、基準信号２０７ｂは、１つ以上の光混合器２３２において、戻り信号２９１と光混合される。様々な実施形態において、標的の複数の部分が、各走査ビームについて、それぞれの戻り光２９１信号を散乱して検知器アレイ２３０に戻し、それにより、複数のビームおよび複数の戻り光によって、照明された標的の複数部分のそれぞれの距離に基づいて、点クラウドが生成さ���る。
【００２７】
検知器アレイ２３０は、単一の、あるいは平衡対の光検知器、または標的からの戻りビーム２９１に対しておおむね垂直な平面内に配置される、そのような光検知器の１Ｄまたは２Ｄアレイである。インタフェースパターンの位相あるいは振幅、またはそれらの組み合わせが、パルス時間幅τの間、複数の時点で、各検知器について、取得システム２４０に記録される。パルス時間幅当たりの時間的標本の数は、ダウンレンジ範囲に影響する。この数は、しばしば、パルス反復率および利用可能なカメラのフレームレートに基づいて選択される実際的な考慮事項である。フレームレートは、標本化帯域幅であり、しばしば、「デジタイザ周波数」と呼ばれる。基本的に、Ｙレンジ幅の解像度ビンで、パルス時間幅の間に、Ｘ個の検知器アレイフレームが採取される場合、Ｘ＊Ｙのレンジ範囲が観測可能である。取得されたデータは、図８を参照して下に述べるコンピュータシステム、または図９を参照して下に述べるチップセットなどの、処理システム２５０が使用できるようにされる。いくつかの実施形態では、取得されたデータは、標的の複数部分の複数距離に基づく点クラウドである。
【００２８】
適応走査モジュール２７０は、下にさらに詳細に述べるように、走査の対象とされる特定場所について走査光学装置による非均一走査が望ましいか否かを決定する。例えば、適応走査モジュール２７０は、対象場所の異なる部分について、フレームを構築するための価値のあるパルス、例えば、数秒間に送信される数百万のビームが、走査される物体からの戻り信号が存在する方向に集中され、対象とされない空や近傍の地面が存在する方向が避けられるように、どのような走査角度と解像度が用いられるべきかを決定する。いくつかの実施形態では、適応走査モジュール２７０は、ＲＦ波形生成器２１５を制御する。
【００２９】
図２Ｂは、ソフトウェアにより制御される遅延が、ローカルオシレータ（ＬＯ）信号とも呼ばれる基準信号を生成する基準経路に導入されることを可能にする代替的ハードウェア配置を描いている。レーザ源２１２、スプリッタ２１６、送信信号２０５、走査光学装置２１８、光混合器２３２、検知器アレイ２３０、取得システム２４０、および処理システム２５０は、図２Ａを参照して、上に述べたものと同様である。図２Ｂには、生成器２１５からのＲＦ波形を光搬送波に乗せる、２つの別個の変調器、すなわち、送信経路の２１４ａと基準経路の２１４ｂがある。スプリッタ２１６は、レーザ源２１２と、変調器２１４ａおよび２１４ｂの間を移動して、変調器２１４ａに当たる光信号２８３と、修正基準経路２８２において変調器２１４ｂに当たる、低い振幅の基準経路信号２８７ａを生成する。この実施形態では、光２０１は、変調が行われる前に、送信経路（ＴＸ）経路ビーム２８３と、基準／ローカルオシレータ（ＬＯ）経路ビーム２８７ａに分割され、各経路には、別個の変調器が使用される。デュアル変調器方式で、いずれの経路も、オフセット開始周波数および／またはオフセット開始時間のチャープをプログラム可能である。これは、ダウンレンジ次元において適応する適応走査方式を可能にするために用いられる。各距離ゲートにおいて用いられる遅延を変化させることにより、このシステムは、他のシステム制限（検知器およびデジタイザの帯域幅、測定時間等）にもかかわらず、高解像度で、明確な測定が可能である。したがって、いくつかの実施形態では、修正適応走査モジュール２７８が、下に述べる適応走査によって生成される各距離ゲートのために適切な遅延時間を課すように、ＲＦ波形生成器を制御する。そこで、ソフトウェアにより制御される遅延基準信号２８７ｂは、上に述べたように、戻り信号と混合される。他の実施形態では、ソフトウェアにより制御されるＬＯ基準経路２８２の遅延はまた、システム２８０が、チャープドップラ補償のために距離遅延効果を蓄積することを可能にする。
【００３０】
例えば、いくつかのチャープの実施形態では、使用されたレーザは、レーザを駆動する電流に適用する変調によって、能動的に線形化された。電気−光変調器が変調を提供する実験も行われた。このシステムは、様々な実施形態のために、下にさらに詳しく述べるように、所望のダウンレンジ解像度のために好適な、帯域幅Ｂと時間幅τのチャープを生成するように構成される。この技術は、チャープ帯域幅１０ＭＨｚ〜５ＴＨｚに適用される。しかし、３Ｄ撮像適用については、典型的なレンジは、チャープ帯域幅が約３００ＭＨｚ〜約２０ＧＨｚ、チャープ時間幅が約２５０ナノ秒（ｎｓ、ｎｓ＝１０−９秒）〜約１ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０−３秒）、標的までの距離が約０メートル〜２０キロメートル（ｋｍ、１ｋｍ＝１０３ｍ）、標的におけるスポットサイズが約３ミリメートル（ｍｍ、１ｍｍ＝１０−３ｍ）〜１メートル（ｍ）、標的における深度解像度が約７．５ｍｍ〜０．５ｍである。いくつかの実施形態では、標的は、４００メートル（ｍ）など、最小距離を有する。これらの条件の下で、この距離ウィンドウは数キロメートルまで延ばすことができることも注目される。プロセス、設備、およびデータ構造が、図２Ａおよび図２Ｂには、図示のために、特定の配置の統合ブロックとして描かれているが、別の実施形態においては、１つ以上のプロセスあるいはデータ構造、またはそれらの一部は、別のやり方で、同じ、あるいは異なるホストに、１つ以上のデータベースに配置されるか、または排除されるか、または、１つ以上の異なるプロセスあるいはデータ構造は、同じ、あるいは異なるホストに含まれる。例えば、スプリッタ２１６と基準経路２２０は、０個以上の光カプラを含む。
【００３１】
３．適応走査の概要
図３Ａは、実施形態による、走査レーザ測距システムで走査される場所の例示画像である。この画像は、約１０センチメートル距離解像度（例えば、５〜２０ｃｍ）で最大約１キロメートル（例えば、０．５〜２ｋｍ）の距離のために構成された走査３Ｄレーザ測距システムの最大水平角および垂直角解像度を用いて生成された。図３Ｂは、実施形態による、適応走査される図３Ａの場所の水平方向部分の例を示す画像である。この水平方向の次元は、相対単位での水平角を示し、垂直方向の次元は、静止ＬＩＤＡＲシステムから見た、相対単位での垂直角を示す。戻り信号がない角度での測定を回避し、目標空間解像度を得るために、高い角解像度標本化が望ましい、遠い標的に対してのみ、そのような標本化を用い、目標空間解像度を与えるために、低い角解像度で十分な、近い物体に対しては低い角解像度標本化を用いることにより、所望の測距情報の収集を迅速にするために、適応走査が行われる。
【００３２】
適応走査の利点を図３Ｃに図示する。図３Ｃは、実施形態による、図３Ｂに明らかに示された形状のための距離のセットの例を示すブロック図である。図３Ｃは、標本化角空間を表す。エリア３１０には、戻り信号がなく、角空間のこのエリアを走査はしないことが望ましい。エリア３２０には、システムの真直ぐ前方には、対象とはならない地面があるのみである（例えば、このエリアは、十分に知られているか、または、特に関心対象とはされない小さな形状である）。角空間のこのエリアも走査しないことが望ましい。遠方のドーム構造物が、角空間のエリア３３２を占め、このドームの前の構造物が角空間のエリア３３０を占め、それらの前の壁またはフェンスが角空間のエリア３２８を占め、より近い構造物および柱状物が角空間のエリア３２２を占めている。対象にはならないエリア３２０と、エリア３３０の構造物の間において、角空間でエリア３２１、３２３、３２５、および３２７と記された地面は、距離が大きくなっていくことが明らかである。目標空間解像度ｓ、例えば１０センチメートル、以上で、場所の形状を特定するためには、用いられる角解像度Δθは、式２に与えられる、物体への距離Ｒの関数である。
Δθ＝ａｒｃｔａｎ（ｓ／Ｒ）          （２ａ）
比ｓ／Ｒの値が小さい場合には、Δθ≒ｓ／Ｒである。ほとんどの場合、ｓは、Ｒよりもはるかに小さいので、多くの実施形態において、処理を迅速にするために、近似値Δθ＝ｓ／Ｒが用いられる。近距離Ｒｎｅａｒから遠距離Ｒｆａｒまでの距離間隔にあるすべての物体について、少なくとも目標空間解像度ｓ、またはそれ以上を確かに達成するために、遠距離を式２に使用して、式２ｂを得る。
Δθ＝ａｒｃｔａｎ（ｓ／Ｒｆａｒ）          （２ｂ）
小さい角の近似が有効である場合には、式２ｂの近似式２ｃを用いる。
Δθ＝ｓ／Ｒｆａｒ          （２ｃ）
当然、任意の所与のレーザ測距システムは、個々の光ビームの最小角幅を有し、そのような角ビーム幅よりはるかに小さい角解像度は、実際には、定義できない。したがって、大きな距離では、目標空間解像度ｓは、達成不可能なこともある。以下の説明では、単純化のために、計算されたΔθは必ずビーム角幅より大きいと仮定する。
【００３３】
式２ａ〜２ｃは、対象場所における様々な物体への距離が既知であることを意味する。様々な実施形態により、対象場所に関する距離は、初回通過の疎角解像度によって決定される。対象場所において、一方の次元に延びる距離は他方の次元における距離よりも大きい、または、装置が、一方の次元において、他方の次元と比較して、より大きな制御を有することが一般的であり、それゆえ、いくつかの実施形態では、疎の水平角解像度は、疎の垂直角解像度とは異なる。図３Ｄは、実施形態による、図３Ｃに描かれた形状に対する疎角走査の例示のブロック図である。水平軸３４２は、水平角（方位角とも呼ばれる）を示し、垂直軸は、垂直角（仰角とも呼ばれる）を示す。垂直方向のこぎり歯状走査軌跡は、点線３４６によって示される。図示のために、走査光学装置が通る経路は左下から右上に延びると仮定される。走査軌跡３４６は、垂直方向のこぎり歯状パターンで、水平方向にＡＨＲとして指示される反復離隔角３４７を有する。走査軌跡３４６は、走査ＬＩＤＡＲ測距システムが実行し得る細密水平走査に比べて、走査が幅方向に間が空いている。さらに、疎の垂直標本化解像度で、経路３４６に沿って距離測定が行われる。したがって、走査軌跡３４６に沿った測定値は、目標フレームレートに比較して短時間に取得できる。水平解像度は、可変であるが、水平反復離隔ＡＨＲごとに２つの標本を特徴とするので、平均水平解像度はＡＨＲ／２である。他の実施形態では、走査において水平標本離隔と垂直標本離隔の両方とも一定である、行順または列順の走査軌跡が用いられる。そのような実施形態のいくつかにおいては、水平離隔と垂直離隔の両方とも、Δθに設定される。
【００３４】
疎走査の結果として、αを水平方向（方位）走査角とし、εを垂直方向（仰角）走査角とすると、疎最小水平角αｍｉｎから疎最大水平角αｍａｘまで、かつ、疎最小垂直角εｍｉｎから疎最大垂直角εｍａｘまでの、すべての水平角について、多様な距離Ｒ（α，ε）を得ることができ、したがって、点クラウドが形成される。エリア３２０の距離は排除される。その他の距離は、距離ゲートと呼ばれる複数の距離間隔に分割され、各距離ゲートは、別の重なり合わないＲｎｅａｒとＲｆａｒによって与えられる別の重なり合わない間隔によって画定される。距離Ｒ（α，ε）は、Ｎ個の距離ゲートのうちの、距離ゲート番号ｎ、すなわち、ＲＧｎという名称のセットの要素であり、式３を満たす。
Ｒｎｅａｒｎ≦ＲＧｎ＜Ｒｆａｒｎ          （３）
値Ｒｎｅａｒｎは、下のような命令を使用して、距離Ｒ（α，ε）とそれに関連する角座標（α，ε）を１つの距離ゲートのセットに割り当てるためのゲートとして用いることができる。
Ｆｏｒ  α＝αｍｉｎ  ｔｏ  αｍａｘ，  ε＝εｍｉｎ  ｔｏ  εｍａｘ
Ｎ＝０
ｆｏｒ  ｉ＝１  ｔｏ  Ｎ，  ｉｆ  Ｒ（α，ε）≧Ｒｎｅａｒｉ，  ｔｈｅｎ  ｎ＝ｉ
ａｄｄ  Ｒ（α，ε）  ｔｏ  ｓｅｔ  ＲＧｎ
そこで、距離ゲートのセットにおけるすべての各座標（α，ε）からなる角空間の各部分は、距離ゲートのうちの１つに関連づけることができる。角範囲ゲートに関連するエリアは、距離ゲートエリアと呼ばれる。図３Ｅは、実施形態による、図３Ｄに描かれた形状に対する距離ゲート内の距離の一団の内の、角走査空間における走査距離の隣接エリアの例を示すブロック図である。エリア３５６は、近傍の建物と柱状物のエリア３２２を含むＲＧ１に割り当てられ、エリア３５６ｂは、ＲＧ２に割り当てられ、エリア３５６ｃは、壁構造物３２８を含むＲＧ３に割り当てられ、エリア３５６ｄは、ＲＧ４に割り当てられ、エリア３５６ｅは、建物エリア３３０を含むＲＧ５に割り当てられ、３５６ｆは、ドーム構造物３３２を含むＲＧ６に割り当てられる。
【００３５】
様々な実施形態において、水平解像度あるいは垂直解像度、またはそれらの両方は、各距離ゲートｎに関連する角空間エリアにおいて、ＲｆａｒをＲｆａｒｎとして、式２ｂまたは式２ｃを満たすように調整される。いくつかの実施形態では、各距離ゲートエリアは、疎標本化に基づいて、各水平角についての最小垂直角と各水平角についての最大垂直角によって輪郭が定まる。最小垂直角と最大垂直角は、各々、目標角間隔（ＲｆａｒをＲｆａｒｎとして、式２ｂによって与えられる間隔）に合わせて内挿補間される。そして、各距離ゲートエリアは、ＲｆａｒをＲｆａｒｎとした式２ｂによって与えられる水平角解像度と垂直角解像度を用いて、のこぎり歯状走査パターン（または、その他の走査パターン）で、それぞれ別に走査される。走査パターンは、走査軌跡とも呼ばれる。
【００３６】
図４は、実施形態による、走査レーザ測距システムによる適応走査の例示の方法を示すフローチャートである。図４とその後のフローチャート図１４に、工程は、図示のために、特定の順序の統合的工程として描かれているが、他の実施形態においては、１つ以上の工程、またはその一部が、異なる順序で、または時間的に重なり合うか、順次か、あるいは並行して、実行されるか、または、排除され、または、１つ以上の追加工程が追加され、または、いくつかの組み合わせ方で、方法が変更される。
【００３７】
工程４０１では、目標空間解像度ｓが決定される。任意の方法を用いることができる。これは、ユーザが手入力することもでき、コンピュータ可読媒体上の格納から引き出すこともでき、ローカルまたは遠隔のデータベースまたはサーバから、要求せずに、または問い合わせを行って、受信することもできる。いくつかの実施形態では、対象の物体のサイズ範囲Ｏが入力され、目標空間解像度ｓが、例えば、指示された物体サイズＯの１／１００または１／１０００などの、所定の、または指定の、１未満の値に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、工程４０１において、上述の１つ以上の方法を用いて、そのような物体を検知するための最大距離Ｒｍａｘも決定される。いくつかの実施形態では、上述の方法のいずれかを用いて、疎角解像度も与えられる。いくつかの実施形態では、疎角解像度は、１つ以上の他の入力に基づいて決定される。例えば、所望の目標空間解像度がｓであり、指定の最大距離がＲｍａｘである場合、最も細密な角解像度Δθｂｅｓｔは、式２においてＲをＲｍａｘに置き換えることによって得られる。この場合、疎角解像度は、この最も細密な角解像度Δθｂｅｓｔの倍数である。フレームレートに比べて小さい時間量で、この疎走査を完了するためには、倍数の大きさは、例えば、最も細密な解像度の約１０〜１００倍である（高解像度フレームの１／１００〜１／１０，０００で、疎フレームを完了する）。指定される空間解像度は、適用に依存する（測量は、例えば、３Ｄ形状検知とは異なる要件を含むかもしれない）。様々な実験的実施形態において、標的の空間解像度は、約１ｃｍ以上であり、これに対して、実験的撮像装置にとって、やや大きめの最終的解像度とみなされるのが、標的に対して１０ｃｍである。疎走査解像度のために用いられる倍数は、細密な標的解像度の約１０〜約２５倍である。そして、疎走査は、総走査時間に１未満の値を乗じたものであり、適応走査パターンの生成のために有用な情報を与える。
【００３８】
工程４０３では、対象場所の一般的な３Ｄ特徴を得るために、ただし、所望の最終的走査角解像度よりも、はるかに疎な空間標本化によって、疎解像度撮像走査が実行される。この疎走査の結果は、疎３次元（３Ｄ）点クラウドであり、このクラウドの各点は、レーザ光後方散乱面の照明されたスポットの３Ｄ座標内の位置を示す。３Ｄ座標は、測距システムからの、方位角α、仰角ε、および距離Ｒなどの極座標、または、水平方向ｘ（例として、例えば、基準点または測距システムの位置からの北方向の距離）、水平方向ｙ（例として、基準点からの東方向距離）、およびｚ（例えば、水平面からの高さ）などの直交座標とすることができる。
【００３９】
工程４０５では、疎の点クラウドは、例えば上述の式３を用いる距離座標と、式３のすぐ後に続く疑似コードに従う、距離ゲートにさらに分割される。この小分割は、ＲｎｅａｒｎのＮ個の固定値でハードコードするか、または、Ｒｎｅａｒｎのための１〜Ｎ個の計算値に基づく適応型とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、５パーセンタイル距離と９９パーセンタイル距離、それぞれ、Ｒ５とＲ９９が、疎３Ｄ点クラウドにおける距離分布から決定され、距離ゲートの数Ｎが、９９パーセンタイル距離と５パーセンタイル距離の差と対象の物体のサイズから決定される（例えば、Ｎ＝ｍｏｄｕｌｕｓ（．Ｒ９９−Ｒ５，Ｍ＊Ｏ）、ここで、Ｏは、対象の物体のサイズであり、Ｍは、Ｍ＝４など、１より大きい倍数である）。この適応型の例では、Ｎ個の距離ゲートは、Ｒ５とＲ９９の間に均等に分布する。いくつかの実施形態では、工程４０５は、距離ゲートを決定する前に、取得した疎の点クラウドデータの直交座標表示を、ＬＩＤＡＲ測距システムに対する球面座標に変換することを含む。他の実施形態では、Ｎ個の距離ゲートの決定は、点密度を距離の関数とする基本的データ分析によって行われた。例示の適応データ分析は、距離ゲートを、最小数の点が存在する密度分布の距離に距離ゲートを配置した。これは、距離ゲートの「継ぎ目」を、システムから見える物体の密度が最小限である所に位置させるために行われた。
【００４０】
工程４１１では、各距離ゲートの点のセットＲＧｎについて、改良された対象場所の標本化のために、適応走査軌跡が決定される。セットＲＧｎ内の各物体が、確実に、目標空間解像度ｓ、またはその付近で、解像されるように、式２ｂまたは式２ｃで、Ｒｆａｒの代わりに、距離ゲートにおける特徴的距離を用いて、垂直および水平走査特性のための角解像度を決定する。例えば、距離ゲート内の各物体が、確実に、少なくとも、目標空間解像度ｓで、標本化されるように、特徴距離は、Ｒｆａｒｎであり、式２ｂまたは式２ｃが用いられる。いくつかの実施形態では、のこぎり歯状パターンの水平反復離隔角度ＡＨＲは、角解像度Δθに合わせて設定され、したがって、最も悪い水平解像度はΔθであり、平均水平解像度は、Δθ／２でも、より良い。いくつかの実施形態では、平均水平解像度ｓが許容範囲である場合、平均水平解像度がΔθになるので、ＡＨＲは２Δθに設定される。しかし、他の実施形態では、ＲｎｅａｒｎとＲｆａｒｎの間にあるものと定義される中距離Ｒｍｉｄｎなど、他の特徴距離が用いられる。したがって、角空間内の距離ゲートエリアにおけるすべての水平角において最小垂直角と最大垂直角の間に、適応走査軌跡が決定される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、ローカルオシレータの遅延時間ΔｔＬＯｎは、ｎ番目の距離ゲートＲＧｎの距離ゲート距離ＲＧＲｎを用いて、距離ゲートｎの各距離ゲート標本化軌跡について、決定され、例えば、ＲＧＲｎは、Ｒｎｅａｒｎ、または、式４にしたがって、上に定義した特徴距離に等しいか、またはその関数である。
ΔｔＬＯｎ＝ＲＧＲｎ／ｃ          （４）
【００４２】
いくつかの実施形態では、特徴距離は、観測に基づいて適応的に決定される。例えば、遠距離Ｒｆａｒｎ、または中距離Ｒｍｉｄｎは、現れることはまれかもしれない、また、別の距離の方が、はるかに現れる可能性が高いか、またははるかにありふれているかもしれない。したがって、いくつかの実施形態では、特徴距離は、距離ゲートセットＲＧｎにおいて観測された疎標本距離の平均距離Ｒｍｅａｎｎ、二乗平均平方根距離Ｒｒｍｓｎ、中央値距離Ｒｍｅｄｎ、またはモード（ピーク）距離Ｒｐｅａｋｎとして決定される。そして、選択された特徴距離は、角解像度Δθ、および、各空間における距離ゲートエリアのすべての水平角について、最小垂直角と最大垂直角の間の適応走査軌跡を決定するために、式２ａにおいて距離Ｒとして、または、式２ｃにおいてＲｆａｒの代わりに、用いられる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、基準経路遅延時間ΔｔＬＯは、距離ゲート設定なしでも、走査パターンにおいて、パルスごとに修正される。これは、次のパルスまたは近傍のパルスが、現パルスから決定された距離であるか、またはそれに近い可能性が高いとの仮定の下では利点がある。例えば、いくつかの実施形態では、走査レーザ測距システムは、第１の距離測定値を得るために、第１の基準経路遅延時間で、動作する。第１の基準経路遅延時間が第１の距離測定のために有益であるか否かが決定される。第１の基準経路遅延時間が、第１の距離測定のために有益ではない場合、第１の距離測定のために有益な第２の基準経路遅延時間が決定される。そして、走査レーザ測距システムは、少なくともその次の１つのパルスに対しては、第２の基準経路遅延時間で動作して、第２の距離測定値を得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、工程４１１の間に、レーザ測距システムのためのパルス時間幅τと間隔周期ｔｉも、最小フレームレートが維持されるように決定される。そのような実施形態では、目標フレームレート、例えば、毎秒４フレームが、設定され、目標空間解像度のために必要な、すべての距離ゲートの軌跡における距離測定値の数が、距離測定当たりの時間を決定する。そして、この測定当たりの時間は、パルス時間幅τとパルス間の間隔ｔｉの合計を決定する。次に、このパルス時間幅は、光検知器において戻り信号を脱チャープ化するために、基準経路に有益に適用される遅延時間を決定する。
【００４５】
工程４２１では、各距離ゲートに対応する各適応走査パターンに基づいて、走査光学装置に対するコマンドが、測距システム、またはシステム内の走査光学装置に、転送され、走査レーザ測距システムを動作させて、適応水平角解像度および適応垂直解像度で、適応走査軌跡に沿って、距離測定値を得る。いくつかの実施形態では、工程４２１は、現距離ゲート、または、Ｎ個の異なる距離ゲートのうちのさらなる距離ゲートのための、式４による遅延時間を示すデータを送信することを含む。それらの実施形態のうちのいくつかでは、測距システムは、図２ＢのＲＦ波形生成器２１５ａと変調器２１４ｂを用いて、レーザ光を変調して、計算された遅延時間ΔｔＬＯｎを課す。
【００４６】
工程４３１では、角空間における距離ゲートエリアのすべてについて、順次適応走査を用いて、結果として取得した点クラウドの点のセットは、すべての被走査物体について、目標空間解像度ｓを保存する１つ以上の点クラウドの集まりである最終的３Ｄデータ生産物を構成するように、組み合わされる。同時に、適応走査は、戻り信号がない所、あるいは測距システムに近すぎる所、またはそれらが組み合わさった所については、角空間の走査を回避する。工程４４１では、３Ｄデータ生産物に基づいて、デバイスが動作する。いくつかの実施形態では、これは、３Ｄデータ生産物を示す画像を表示デバイスに提示することを含む。いくつかの実施形態では、これは、３Ｄデータ生産物の点クラウドに基づいて、少なくとも１つの物体を認識するデータを、デバイスに送信することを含む。いくつかの実施形態では、これは、認識された物体に接近するように、あるいは、それとの衝突を回避するように、車両を動かすこと、または、兵器システムを動作させて、認識された物体に、兵器を誘導することを含む。
【００４７】
いくつかの実施形態では、工程４０３〜４３１は、下にいくつかの例示の実施形態について述べるように、個別に、または集合的に、自動的に、かつ、リアルタイムまたは準リアルタイムで、実行される。この説明においては、リアルタイムは、３Ｄ点クラウドをキャプチャするために用いられる３Ｄスキャナ（例えば、ＬＩＤＡＲ）のフレームレートに基づく。このフレームレートの逆数は、３Ｄスキャナが３Ｄ点クラウドをキャプチャするキャプチャ時間周期である。いくつかの実施形態では、リアルタイムは、キャプチャ時間周期内の期間と定義される。いくつかの例示の実施形態では、フレームレートは、毎秒約４〜約１０フレーム（ｆｐｓ）の範囲にあり、０．１〜０．２５秒（ｓ）のキャプチャ時間周期に対応する。この種の時間周期は、戦術的適用および衝突回避の適用のために有益である。準リアルタイムは、リアルタイムの約１０倍以内、例えば、上述の例示のキャプチャ時間周期に対しては約２．５秒以内である。
【００４８】
４．例示実施形態
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）チャープＬＩＤＡＲ測距システムでは、距離ウィンドウは、チャープ帯域幅、デジタイザ帯域幅、およびパルス反復周波数（ＰＲＦ）によって規定される。したがって、基本的ＦＭＣＷシステムは、より大きなＰＲＦおよび帯域幅については、距離に限界がある。この限界は、長距離で迅速に距離データを取得するシステムの能力を制限する。この制限は、ソフトウェアプログラム可能な距離遅延に影響するように、ＬＯおよびチャープ波形の送信器／戻り信号経路に、別々の変調器（例えば、図２Ｂを参照して、上に述べたように、基準経路２８２において、ＲＦ波形生成器２１５、および、別個の変調器２１４ｂを用いる）を考慮することによって、克服された。ＬＯ波形の時間遅延は、所与の距離遅延のための測距周波数帯域幅Ｂが低減されて、検知器／デジタイザシステムの帯域に入ることを可能にする。このコンセプトは、非ゼロ距離遅延で、距離ウィンドウ内の迅速な距離データ取得を可能にする。これは、適応走査アルゴリズムと組み合わされて、例えば、それぞれの異なる距離ゲートの走査軌跡のための異なる基準経路遅延を用いて、対象のボリュームの量のデータを、いっそう迅速に取得することができる。
【００４９】
適応角走査手順は、調査対象のボリュームの角境界に適合する走査を（ビーム走査ハードウェアの能力の範囲内で）生成するように設計される。これは、システムが、「空を走査したり」、「地面を走査したり」することを防ぐ。走査パターンは、ボリュームの疎な非適応走査を考慮することにより、構築される。これは、問題の距離ウィンドウ内の実際のハード標的の境界を画定するために用いられる。この方式の速度と効用を実証するために、調査ソフトウェアが実装された。
【００５０】
図５は、実施形態による、俯瞰図および斜視図における後方散乱戻り信号への距離の例示を示す画像である。図５Ａの上部部分のグレー画素は、実験的実施形態において、走査レーザ測距システムによって、戻り信号が検知された所の、水平角と距離の俯瞰図５０１を描いている。この実験では、走査レーザ測距システムは、Ｂｏｚｅｍａｎ，  Ｍｏｎｔａｎａ所在のＢＬＡＣＫＭＯＲＥ  ＳＥＮＳＯＲＳ  ＡＮＤ  ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ（商標）  ＩｎｃのＨＲＳ−３Ｄ−ＡＳ型適応スキャナを備えた。距離ウィンドウは、３〜９６ｍであった。水平角範囲は、回転ステージで約３７０°をカバーし、垂直角範囲は、約６０°である。距離解像度は、約７．５ｃｍである。図５Ａの下部部分のグレー画素は、同じ実験で、走査レーザ測距システムによって戻り信号が検知された、距離、仰角、および水平位置の斜視図５１１を描いている。両方の図で、走査レーザ測距システムの位置５０３は、画像の左端である。走査レーザ測距システムの位置５０３の近くに、戻り信号５０５が、いくつかの実施形態のために望まれるよりもいっそう高い、高空間密度を与え、したがって、対応する目標空間解像度ｓよりも細密な解像度を与えている。走査レーザ測距システムの位置５０３から遠く離れると、戻り信号５０７は、所望の空間密度よりも低い、低空間密度を与え、したがって、いくつかの実施形態のための、対応する目標空間解像度ｓよりも疎になる。
【００５１】
図６Ａは、実施形態による、図５の斜視図における後方散乱信号戻りの距離のための距離ゲートの例示画像である。グレー画素は、図５Ａの下部部分のものと同じ実験において、走査レーザ測距システムによって戻り信号が検知された所の、距離、仰角、および水平位置の斜視図５１１を描いている。距離は、４つの距離ゲートに分割され、例えば、Ｎ＝４で、それらは、距離ゲート１，５２１、距離ゲート２，５２２、距離ゲート３，５２３、および距離ゲート４，５２４である。
【００５２】
図６Ｂ〜図６Ｅは、実施形態による、図６Ａに図示された４つの距離ゲートの各々における戻り信号の位置を例示する走査角空間におけるマスクである。角空間の黒いエリアは、第一の距離ゲートにおける距離の戻り信号がある所の、方位角と仰角、すなわち、αとεを示し、したがって、細密な解像度の走査が有用であるエリアを示す。疎のマスクは、水平方向に１０−３（約０．０６°）の解像度と、垂直方向に１０−４ｒａｄ（約０．００６°）以下の解像度を有する。水平軸６３２は、方位角αを示し、これは−０．２〜＋０．２ｒａｄで、約−１１．５〜＋１１．５°に対応する。垂直軸は、仰角εを示し、４つのマスク同士で、その範囲がわずかに異なる。図６Ｂは、第１の距離ゲートｎ＝１からの戻り信号の角空間位置を描いた２値画像６３０である。垂直軸６３４は、約−０．１２〜約０ｒａｄの範囲であり、約−７°から０°、すなわち、水平までである。−０．０５ｒａｄ（約−３°）より上には戻り信号がない。黒マスクエリア６３５における特徴距離が、目標空間解像度ｓ、および式２ａまたは式２ｃとともに、角解像度Δθを決定するために用いられる。列順または垂直のこぎり歯状走査軌跡については、カバーされるエリアは、最小垂直角約−０．１２ｒａｄから、破線６３６によって示される最大垂直角までである。行順または水平のこぎり歯状走査軌跡については、最小方位角と最大方位角（図示せず）は、仰角−０．０５ｒａｄ未満について、それぞれ、−０．２ｒａｄと＋０．２ｒａｄである。
【００５３】
同様に、図６Ｃは、第２の距離ゲートｎ＝２からの戻り信号を描いたものである。垂直軸６４４は、約−０．０６ｒａｄ〜約０．１１ｒａｄの範囲であり、これは約−３．５°〜６．３°に一致する。第１の距離ゲートの最大仰角である−０．０５ｒａｄ（約−３°）より下には戻り信号がない。第２の距離ゲートにおける戻り信号は、黒エリア６４５によって示され、０ｒａｄ未満の地面レベルとともに、街灯柱と街灯柱の右手の木を表している。黒マスクエリア６４５における特徴距離が、目標空間解像度ｓ、および式２ａまたは式２ｃとともに、角解像度Δθを決定するために用いられる。列順または垂直のこぎり歯状走査軌跡については、カバーされるエリアは、最小垂直角約−０．５ｒａｄから、各方位角αにおいて単一の値である、破線６４６によって示される最大垂直角までである。行順または水平のこぎり歯状走査軌跡については、最小方位角と最大方位角（図示せず）は、仰角εにおいて、各々、単一の値である。最小方位角は、街灯柱の左側にあり、最大方位角は、木の右側にある。
【００５４】
図６Ｄは、第３の距離ゲートｎ＝３からの信号戻りを描いた２値画像６５０である。垂直軸６５４は、約−０．０１ｒａｄから約０．１１ｒａｄまで延び、約−０．６°〜約６．３°に一致する。第２の距離ゲートの地面レベルのほぼ最大仰角である、約−０．０１ｒａｄ（約−０．６°）より下には、戻り信号はない。第３の距離ゲートにおける戻り信号は、黒エリア６５５によって示され、約０ｒａｄに、頂部の地面レベルとともに、林、林の右手のいくつか街灯および標識柱、ならびに、さらに右手に遠く藪を表している。黒マスクエリアにおける特徴距離が、目標解像度ｓ、および式２ａまたは式２ｃとともに、角解像度Δθを決定するために用いられる。列順または垂直のこぎり歯状走査軌跡については、カバーされるエリアは、トレース６５８によって与えられた最小垂直角と、各方位角αにおいて単一の値である、破線トレース６５６によって与えられた最大垂直角の間である。行順または水平のこぎり歯状走査軌跡については、最小方位角と最大方位角（図示せず）は、仰角εにおいて、各々、単一の値である。最小方位角は、林の左手にあり、最大方位角は、林の右手を柱状物のある仰角まで下がり、そこから、柱状物の右手を藪のある仰角まで下がり、そこから藪の右手に延びる。
【００５５】
図６Ｅは、最後の距離ゲートｎ＝４からの信号戻りを描いた２値画像６６０である。垂直軸６６４は、（斜視図で、より遠い物体は、より小さく見え、垂直角におけるその延長距離は、より小さいので）約０ｒａｄから約０．０８ｒａｄまで延び、約０°〜約４．５°に一致する。約０ｒａｄ未満では、戻り信号はなく、この角度は、第３の距離ゲートの地面レベルのほぼ最大仰角である。第４の距離ゲートにおける戻り信号は、黒エリア６６５によって示され、林、切り開いた土地、さらに、幅方向に並んだ木々と、その上の約０．０１ｒａｄの地面レベルを表している。黒マスクエリア６６５における特徴距離が、目標空間解像度ｓ、および式２ａまたは式２ｃとともに、角解像度Δθを決定するために用いられる。列順または垂直のこぎり歯状走査軌跡については、カバーされるエリアは、トレース６５８によって与えられた最小垂直角と、各方位角αにおいて単一の値である、破線トレース６６８によって与えられた最大垂直角の間である。行順または水平のこぎり歯状走査軌跡については、最小方位角と最大方位角（図示せず）は、仰角εにおいて、各々、単一の値である。最小方位角は、林の左手に延び、最大方位角は、林の右手を一群の立木のある仰角まで下がり、そこから、右端の０．２０ｒａｄまで下がる。このような行順走査軌跡は、列順またはのこぎり歯状走査軌跡ほどは、多くのエリアを、高精度走査から排除しないことは留意すべきである。点線６６９は、図７Ａと図７Ｂに高精度走査軌跡で表示されたエリアの水平部分を示す。
【００５６】
図７Ａと図７Ｂは、実施形態による、それぞれ、異なる特徴距離（または、異なる目標空間解像度）について図６Ｅに描かれた距離ゲートの一部での、複数の隣接する水平スライスにおける例示の適応走査パターンを図示するグラフである。水平軸７１２は、方位角がラジアル単位で約−０．０８５〜約０．００５ｒａｄであることを示し、約−５°〜約０．３°のウィンドウに一致し、これは、図６Ｅに点線方形６６９の水平方向範囲として描かれている。垂直軸７１４は、仰角がラジアン単位で約−０．０１ｒａｄ〜約０．０６ｒａｄであり、約−０．６°〜約３．５°のウィンドウに一致する。現ウィンドウにおける、図６Ｅからの、トレース６６８によって与えられた最小垂直角と破線６６６によって与えられた最大垂直角もプロットされている。両方のトレースは、この適応走査軌跡の細密角解像度に合わせて、内挿補間されている。図７Ａは、最小仰角と最大仰角の間の高解像度走査軌跡７１６のグラフ７１０である。水平反復離隔角ＡＨＲは、約０．０００５ｒａｄ（０．０１ｒａｄ離隔したチェックマーク間に２０回の反復があることに留意すること）であり、これは、離隔角０．０３°に一致する。この反復離隔角がΔθに等しいと仮定すると、Δθも０．０３°に等しい。したがって、こののこぎり歯状走査軌跡に沿って垂直方向０．０３°ごとに距離が測定される。
【００５７】
図７Ｂは、異なる距離または目標解像度条件の下での、最小仰角と最大仰角の間の高解像度走査軌跡７２６のグラフ７２０である。図示のために、図７Ｂでは、図７Ａを作成するために用いられた値よりも、特徴距離が、はるかに小さい、または目標空間解像度ｓが、はるかに疎であると仮定している。その結果、式２ａにより決定される角解像度は、はるかに疎である。図７Ｂでは、水平反復離隔角ＡＨＲは、約０．００３ｒａｄであり（０．０１ｒａｄ離隔しているチェックマーク間に約３．３反復があること留意すること）、これは、約０．１７°の離隔角に一致し、図７Ａよりも、約６倍疎である。反復離隔角がΔθに等しいと仮定すると、Δθは、０．１７°に等しい。したがって、距離は、こののこぎり歯状走査軌跡に沿って垂直方向０．１７°ごとに測定される。図示において、読者は、点線が、のこぎり歯状走査軌跡を表す点線−破線線分内にある所で、距離測定が行われると仮定することができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、適応走査は、自動的に、かつリアルタイムで、実行される。そのような実施形態では、特徴距離、走査エリア、走査軌跡、および角解像度の決定を自動化し、毎秒約１フレーム以上の望ましいフレームレートを可能にするために十分迅速に適応走査を実行するために、様々な方法が用いられる。
【００５９】
上述のように、いくつかの実施形態では、距離ゲート、例えば、Ｎの値、およびＮ個のＲｎｅａｒｎの値は、適応走査の前に、手動で、事前決定または設定される。しかし、いくつかの実施形態では、Ｎの値、あるいはＲｎｅａｒｎのＮ個の値、またはそれらの両方が、疎間隔距離測定においては、観測距離Ｒ（α，ε）に基づいて、自動的かつ適応的に決定される。例えば、上述のように、ＮおよびＲｎｅａｒｎは、観測距離の低パーセンタイルと高パーセンタイル（例えば、５パーセンタイルと９９パーセンタイル）に基づいて決定される。
【００６０】
別の実施形態では、数Ｎおよび値Ｒｎｅａｒｎは、疎間隔距離測定におけるＲ（α，ε）のヒストグラムに基づいて決定される。図１０は、実施形態による、対象場所の疎角走査における距離のヒストグラムを例示するグラフ１０１０である。走査レーザ測距システムは最大距離Ｒｍａｘに合わせて構成されるものと仮定される。ヒストグラム軸１０１２は、Ｒｍａｘに比べて小さいビン幅、例えば、Ｒｍａｘの１／１０〜１／１００、または１／１０００のビン幅、を有する距離ビンを示す。垂直軸１０１４は、いずれかの距離ビンに入る測定距離の件数を示す。トレース１０１６は、例示ヒストグラムを描いたものである。件数は平坦ではなく、いくつかのピーク１０１７と谷１０１５を有することに注目すること。大きな形状は、ヒストグラムにおいてピークを生み出す可能性が高く、開けた地域は、谷を生み出す可能性が高い。いくつかの実施形態では、距離ヒストグラムは、一定の角密度で疎走査が実行されることを説明するために、スケールが距離の関数として再設定された。このスケールの再設定は、この食い違いを説明するために、ヒストグラムにおいて、より遠い点の測定に、より重みを与える。
【００６１】
いくつかの実施形態では、１つ以上の距離ゲート値Ｒｎｅａｒｎが、垂直点線によって示すように、ヒストグラム１０１６において生起の谷であるように決定される。そして、これらの実施形態のうちのいくつかでは、距離ゲートの特徴距離は、距離ゲートにおける最大生起の距離（例えば、Ｒｐｅａｋｎ）である。多様な利用可能なソフトウェアルーチンを用いて、最小値とピーク値の両方が、迅速かつ自動的に、決定される。
【００６２】
その他の実施形態では、ビン幅の定義を要しない累積ヒストグラムが生成され得る。累積ヒストグラムの変化率が、ピークと谷を発見するために、図１０に描かれたトレース１０１６の代わりに、用いることができる。
【００６３】
図１１Ａは、実施形態による、対象の場所の疎角走査のデータ構造１１００の例示のブロック図である。このデータ構造は、本明細書に記載する特定の工程を実行する際、計算効率を良くするために、水平角順に、距離ゲートセットＲＧｎを格納する。当然、列順または水平方向のこぎり歯状走査軌跡を用いる実施形態のためには、上記に代わって、水平角の最小値と最大値が、垂直角順に格納される。ここでは、単純化のために、列順、すなわち、垂直のこぎり歯状走査軌跡が用いられると仮定する。データ構造およびフィールドが、図１１Ａに、その後、図１１Ｂに、ダイヤグラムが、図示のために、統合ブロックとして、特定の順序で、描かれているが、他の実施形態では、１つ以上のデータ構造あるいはフィールド、またはそれらの一部が、１つ以上のホストあるいはメッセージにおいて、同じ、あるいは異なる数のデータ構造またはデータベースに、異なる順序で、配置され、あるいは排除され、または、１つ以上の追加フィールドが含まれ、または、データ構造あるいはフィールドが、いくつかの組み合わせ方で変更される。
【００６４】
疎走査データ構造１１００は、距離ゲートＩＤフィールド１１１１、開始距離フィールド１１１２、停止距離フィールド１１１３、距離数フィールド１１１４、距離統計フィールド１１１７、最小方位角フィールド１１１５、最大方位角フィールド１１１６、最小仰角フィールド１１１８、および最大仰角フィールド１１１９を含む。データ構造１１００はまた、以下、長円形で指示し、集合的に疎走査レコードフィールド１１２０と呼ぶ、１つ以上の疎走査レコードフィールド１１２０ａ、１１２０ｂ、その他を含む。
【００６５】
距離ゲートＩＤフィールド１１１１は、Ｎ個の距離ゲートの各々に対してユニークな識別子、例えば、ｎ番目の距離ゲートに対して数ｎのような、識別子を指示するデータを保持する。開始距離フィールド１１１２は、Ｒｎｅａｒｎを示すデータを保持し、停止距離フィールド１１１３は、Ｒｆａｒｎを示すデータを保持する。距離数フィールド１１１４は、どれだけ多くの疎距離が現距離ゲート内に入るかを示すデータを保持する。この数は、例えば、図１０における垂直点線の間のビンの総数によって与えられる。距離開始フィールド１１１７は、例えば、特徴距離として、利用することができる距離ゲート内の距離の、１つ以上の統計特性、例えば、特に、平均距離、あるいは二乗平均平方根距離、あるいは中央値距離、あるいは１つ以上のピーク距離、あるいは１つ以上のパーセンタイル距離などを、単独で、または組み合わせとして、示すデータを保持する。いくつかの実施形態では、フィールド１１１７は排除される。最小方位角フィールド１１１５は、距離ゲートにおいて最も小さい水平方向角を示すデータを保持し、最大方位角フィールド１１１６は、距離ゲートにおいて最も大きい水平方向角を示すデータを保持する。同様に、最小仰角フィールド１１１８は、距離ゲートにおいて最も小さい知垂直方向角を示すデータを保持し、最大仰角フィールド１１１９は、距離ゲートにおいて最も大きい垂直方向角を示すデータを保持する。
【００６６】
疎走査レコード１１２０は、各々、方位角フィールド１１２１、仰角フィールド１１２２、および距離フィールド１１２３に描かれている疎データのための、それぞれ、方位角、仰角、および距離の３つ一組データＲ（α，ε）を示すデータを含む。レコードは、データレコードの構築が極めて迅速に行われるように、疎走査データによって集められ、Ｒｎｅａｒｎ値によってゲートに入れられ、方位角値の昇順で配置される。疎データが収集されるまで距離ゲートが定義されない場合でも、収集された生データは、方位角順に高速メモリに格納され、データが収集されると同時に、ヒストグラムが満たされる。ヒストグラムが集められたならば、ＮおよびＲｎｅａｒｎの値が、迅速に計算され、フィールド１１１１、１１１２、および１１１３を満たすために使用される。そして、格納された生データは、すでに方位角順である高速メモリから呼び出され、当然に、かつ自動的に方位角順であるレコードに、対応するデータ構造に、配置される。フィールド１１１４〜１１１９の値は、高速メモリに維持され、各レコードがデータ構造に加えられるたびに、増加する。最後の距離が呼びだれた後、フィールド１１１４〜１１１９の値は、いったんデータ構造に書き込まれる。その結果、データ構造１１００は、レコードごとに、２つの入力／出力（Ｉ／Ｏ）操作のみによって、満たすことができる。
【００６７】
図１１Ｂに描かれた別のデータ構造は、同じ形状において描かれるような、細密操作軌跡を生成するために、図７Ａまたは図７Ｂに描かれたトレース６６６および６６８などの、トレースを定義する際に使用するために、最小走査角および最大走査角を、方位角の関数として格納するために使用される。異なる方位角値が、各々、単一の仰角値を有する、疎走査の、のこぎり歯状走査軌跡で、これを行うために、データは、のこぎり歯状走査軌跡の１つの垂直スイープにおける、すべての仰角標本を取り扱うのに十分な大きさの方位角ビンに配置されなければならない。例えば、データは、少なくとも１つの水平反復離隔角ＡＨＲの幅を有する方位角ビンに、有用に配置される。より幅の広い方位角ビンも使用することができ、垂直スイープの開始と適切に位置が合っていれば、幅が半分のビンでも使用可能である。当然、行順、すなわち、水平のこぎり歯状走査軌跡では、方位角と仰角の切り替え機能、および垂直スライス幅が、水平スイープにおいてすべての方位角を含むように選択される。
【００６８】
図１１Ｂは、実施形態による、複数の水平角ビンの適応最大角と適応最小角のデータ構造１１５０を描いた例示のブロック図である。データ構造１１５０は、距離ゲートＩＤフィールド１１１２、特徴距離フィールド１１５２、方位角ビン幅フィールド１１５４、およびビン数フィールド１１５６を含む。距離ゲートＩＤは、データ構造１１００用であって、上述のとおりである。特徴距離フィールド１１５２は、距離ゲート、例えば、Ｒｆａｒｎ、または、データ構造１１００のフィールド１１１７の距離統計の１つのために使用される特徴距離を示すデータを保持する。方位角ビン幅フィールド１１５４は、０．５〜１以上の可変であるＡＨＲ係数など、１スイープの仰角の集合のために使用される方位角ビンの幅を示すデータを保持する。このビンは、最大仰角と最小仰角を方位の関数として定義するために使用されるスライスの水平幅を定義する。ビン数フィールド１１５６は、データ構造におけるビンの数、ならびに、それらのための最大仰角値の数および最小仰角値を示すデータを保持する。
【００６９】
データ構造は、集合的にレコード１１６０と呼ばれる、特に長円形によって示される、レコード１１６０ａと１１６０ｂも含む。各レコード１１６０は、開始方位フィールド１１６１、最小仰角フィールド１１６２、および最大仰角フィールド１１６３を保持する。図示した実施形態では、各レコード１１６０はまた、シードフラグ・フィールド１１６４、最小拡張仰角フィールド１１７２、および最大拡張仰角フィールド１１７３を含む。開始方位角フィールド１１６１は、ビンにおいて最も小さい方位角を示すデータを保持し、したがって、データは、方位角の関数としてプロットすることができる。最小仰角フィールド１１６２は、方位角ビンスライスにおける最小仰角を示すデータを保持する。最大仰角フィールド１１６３は、方位角ビンスライスにおける最大仰角を示すデータを保持する。シードフラグ・フィールド１１６４は、最小値および最大値が、細密な解像度での方位角に対して、最小仰角値と最大仰角値の拡張および内挿補間または外挿補間をシードするために使用されるか否かを示すデータを保持する。使用される場合は、最小拡張仰角フィールド１１７２は、現距離ゲートの構成要素が、疎標本化のゆえに、より密な標本化の時に失われ、のこぎり歯状走査軌跡のために、水平方向に内挿補間される、可能性を低減するために、最小値が小さくされる場合の値を示すデータを保持する。同様に、最大拡張仰角フィールド１１７３は、現距離ゲートの構成要素が、疎標本化のゆえに、より密な標本化の時に失われ、のこぎり歯状走査軌跡のために、水平方向に内挿補間される、可能性を低減するために、最大仰角値が大きくされる場合の仰角値を示すデータを保持する。
【００７０】
図１２は、実施形態による、距離ゲートのための、最大垂直角の水平角従属および最小垂直角の水平角従属を例示するグラフである。水平軸１２１２は、ラジアン単位の方位角（水平角）を示し、垂直軸１２１４は、ラジアン単位の仰角（垂直角）を示す。トレース１２１５は、シード点を結ぶ、所望の高解像度のこぎり歯状走査軌跡を示す。トレース１２１６は、方位角の関数としての最大仰角値のためのシード点を示し、トレース１２１８は、方位角の関数としての最小仰角値のためのシード点を示す。いくつかのシード点１２１７が、最大仰角値のトレース１２１６上に示される。いくつかのシード点１２１９が、最小仰角値のトレース１２１８上に示される。シード点は、次に述べるように、所望の細密解像度の、のこぎり歯状走査軌跡に合わせて、最大仰角シード点が、対応する最小仰角シード点から、方位角において、細密解像度Δθ／２分だけ、偏位し、細密解像度Δθの整数倍分だけ、垂直方向に離隔されるように、拡張トレースを内挿補間することによって、発見される。
【００７１】
図１３Ａと図１３Ｂは、実施形態による、図６Ｃに図示する、１つの距離ゲートの最大仰角と最小仰角、それぞれの、非拡張（緊密）と拡張の例を示す走査角空間におけるマスクである。図１３Ａは、図のＣの図を拡大した２値画像１３１０であり、最大値１３１６は、疎距離標本化における観測最大値によって、観測値にしたがって定義されたとおりである。図１３Ｂは、図６Ｃの図を拡大した２値画像１３２０であり、最大値１３２６は、疎距離標本化における観測最大値から外方向に拡張され、最小値は、観測最小仰角から下方向に拡張されている。
【００７２】
いくつかの実施形態では、１つの距離ゲートにおいて細密スケールの距離測定が行われたならば、隣接距離ゲートについて走査軌跡が計算される前に、隣接する距離ゲートとの境界を、さらに精密にすることができる。
【００７３】
図１４は、実施形態による、準リアルタイムでの適応角走査を自動的に決定する例示の方法１４００を図示するフローチャートである。方法１４００は、各距離ゲートの点のセットについて、適応走査軌跡を計算する、図４の工程４１１の、自動化されたリアルタイムの実施形態の例である。したがって、図１１Ａのデータ構造１１００は、工程４０５において、この図を参照して説明したように、データが配置された。
【００７４】
工程１４０１では、例えば、データ構造１１００において球座標に表された疎入力距離ゲート点クラウドが、定義された各水平角座標ビンについて、垂直角座標における上の境界と下の境界を計算するために使用される。いくつかの実施形態では、工程１４０１は、この工程を大幅に簡素化するために、（ソフトウェアで明示的に、または、データ収集によって明示的に）水平座標を前ソートすることを含む。この動作の出力は、入力点クラウドの上と下の観測境界、例えば、それぞれ、各々が図１１Ｂに描かれたデータ構造１１５０のレコード１１６０において取得可能なフィールド１１６１における開始方位角の関数である、フィールと１１６３の最大仰角とフィールド１１６２の最小仰角、を描く２つのトレースを含む。
【００７５】
工程１４０３において、上と下の点クラウド観測境界は、例えば、Ｈａｒａｌｉｃｋ，２００７に記載されたＭｉｎｋｏｗｓｋｉ総和タイプの演算を用いて、拡張される。その結果、上部半円形状には、上の境界に追加され、下部半円形状には、下の境界が追加される。この演算の結果は、観測境界と比較して、空間的緩衝の役割を果たす、円滑化され、拡張された上下の境界となる。例えば、この出力は、各々が、図１１Ｂに描かれたデータ構造１１５０のレコード１１６０において取得可能なフィールド１１６１における開始方位角の関数である、フィールド１１７２の最大拡張仰角とフィールド１１７３の最小拡張仰角に見られる。
【００７６】
工程１４０５では、走査ハードウェアを駆動するための適応走査波形の計算の第一歩として、細密スケールの走査軌跡のためのシード点が、上と下の境界に沿って計算される。上のシード点セットの位置は、ビン中心から所望の空間解像度の半分（例えば、Δθ／２）だけ偏位され、したがって、上の各シード点は、垂直のこぎり歯状走査軌跡を支えるように、下のシード点に対して偏位される。その他の走査軌跡を用いる、他の実施形態については、シード点の偏位は、行順あるいは列順についてゼロであるか、または、水平のこぎり歯状において、左シード点が、右シード点に対して偏位する。シード点の仰角座標が、反対側の境界からΔθの整数倍になる上と下の円滑かつ拡張された境界に対して、内挿補間されてもよい。疎標本化解像度が、所望の解像度とは大きく異なる場合には、これは有用である。
【００７７】
工程１４０７では、シード点のセットが、走査軌跡にまたがる角標本化さえも提供するという意味で、経時的ビーム位置を定義する（走査速度、標的に対する所望の空間解像度、距離測定速度などのシステムパラメータに関連する）コマンド値を計算する計算の終点として使用される。例えば、ビームステアリング・システムを駆動するデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）の出力標本速度で報告される水平と垂直の走査軌跡点は、それぞれ、水平と垂直の境界（水平と垂直のシード点位置）の間に線形に間隔を置いて配置される。ＤＡＣの出力は、ステッピングミラーなどの走査コンポーネントを駆動する。キーは、境界上に配置される標本の数である。これは、ＤＡＣ標本速度ＳＲＤＡＣ、パルス時間幅τ、および所望の走査密度に従属する。したがって、軌跡のセグメントの開始境界と終止境界（例えば、垂直のこぎり歯状パターンのスライス内セグメントの下境界と上境界）の間の第１の次元角（例えば、垂直角すなわち仰角）の大きさＥ、ＤＡＣ標本速度ＳＲＤＡＣ、パルス時間幅τ、および所望の走査密度（目標角解像度）Δθについて、軌跡の線分に沿って線形分布する点の数Ｍが、式５によって与えられるものとして計算される。
Ｍ＝ＳＲＤＡＣ＊τ＊Ｅ／Δθ          （５）
式５において、Ｅ／Δθは走査軌跡の仰角または方位角走査跡の単位当たりパルス数であることに注目すべきである。ＳＲＤＡＣ＊τは、パルス当たりの走査光学装置制御標本数である。これらの積は、走査跡単位当たりの制御標本数である。
【００７８】
式５の計算は、さらに、システムパラメータ値を仮定することによって例示される。Δθ＝１０−４ｒａｄ（約０．００６°）およびＥ＝０．５ｒａｄ（約３０°）については、走査跡単位当たりの数は５，０００である。パルス反復周波数（ＰＲＦ）１００キロヘルツ（ｋＨｚ、１ｋＨｚ＝１０３Ｈｚ、１Ｈｚ＝毎秒１標本）については、パルス時間幅は、τ＝１０マイクロ秒（μｓ、１μｓ＝１０−６秒）である。ＤＡＣからのアナログ信号出力ＳＲＤＡＣが２５０ｋＨｚとすると、パルス当たり制御標本数は、ＳＲＤＡＣ＊τ＝２．５であり、走査跡単位当たり５００パルスに対して、式５から得られる走査光学装置を制御するための走査跡単位当たり出力制御標本数は、１２，５００である。これは、いくつかの実施形態において、走査光学装置に送られるコマンドに指示される。いくつかの実施形態では、ＤＡＣ標本速度は、式５により計算されるもの以外は、固定値を有する。そのような固定値も使用可能である。この固定値と、式５により得られる所望の標本数または時間との食い違いは、処理後に整理可能である。
【００７９】
いくつかの実施形態では、ローカルオシレータのための遅延時間ΔｔＬＯｎは、上述のように、式４を用いて、距離ゲートｎのための各距離ゲート標本化について決定される。
【００８０】
工程１４０９では、各距離ゲートについて計算された適応走査軌跡が、走査レーザ測距システムに与えられる。いくつかの実施形態では、これは、式５により得られる走査速度（走査跡単位当たりの出力制御標本数）、式４による遅延時間、ならびに、最小と最大の垂直角および開始と終止水平角（または、他の軌跡について、対応する開始と終止の第１次元角、および第２の次元の最大値と最小値のセット）を送ることを含む。
【００８１】
５．計算ハードウェアの概要
図８は、本発明の実施形態が実装され得るコンピュータシステム８００の例示のブロック図である。コンピュータシステム８００は、コンピュータシステム８００の内部および外部のコンポーネント間で、情報を送受させるためのバス８１０などの、通信メカニズムを備える。情報は、測定可能な現象、一般的には、電圧であるが、その他の実施形態においては、磁気、電磁気、圧力、化学、分子、原子および量子の相互作用などの現象の物理的信号として表される。例えば、ＮとＳの磁場、または、ゼロと非ゼロの電圧は、２値桁（ビット）の２つの状態（０，１）を表す。他の現象は、より高い基数の桁を表すことができる。測定前の複数の量子状態の重ね合わせは、量子ビット（ｑｕｂｉｔ）を表す。１つ以上の桁のシーケンスは、数または文字のコードを表すために使用される。いくつかの実施形態では、アナログデータと呼ばれる情報は、特定の範囲内の測定可能な値の近似連続体によって表される。コンピュータシステム８００、またはその一部は、本明細書に記載する１つ以上の方法の１つ以上の工程を実行するための手段を構成する。
【００８２】
２値桁のシーケンスは、数または文字コードを表すために使用されるデジタルデータを構成する。バス８１０は、情報がバス８００に接続されたデバイス間に迅速に送達されるように、多数の並列の情報導体を含む。情報を処理するための１つ以上のプロセッサ８０２が、バス８１０に接続される。プロセッサ８０２は、情報に対する動作のセットを実行する。この動作のセットは、バス８１０から除法を取り込むこと、および、バス８１０に情報を送り込むことを含む。この動作のセットはまた、典型的には、１つ以上の情報単位を比較すること、情報単位の位置を移動すること、および、加算または乗算などによって、２つ以上の情報単位を組み合わせることを含む。プロセッサ８０２によって実行されるべき動作のシーケンスは、コンピュータ命令を構成する。
【００８３】
コンピュータシステム８００はまた、バス８１０に接続されたメモリ８０４を含む。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはその他の動的記憶デバイスなどのメモリ８０４は、コンピュータ命令を含む情報を記憶する。動的メモリは、そこに記憶された情報が、コンピュータシステム８００によって変更されることを可能にする。ＲＡＭは、メモリアドレスと呼ばれる位置に格納された情報の単位が、隣接するアドレスにある情報から独立して、格納され、引き出されることを可能にする。メモリ８０４はまた、プロセッサ８０２によって、コンピュータ命令の実行の間、一時的な値を格納するために使用される。コンピュータシステム８００はまた、コンピュータシステム８００によって変更されない、命令を含む、静的情報を記憶するための、バス８１０に接続された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８０６、または、その他の静的記憶デバイスを含む。コンピュータシステム８００が電源オフにされた場合、またはその他、電力を失った場合でも、保持される、命令を含む、情報を記憶するために、磁気ディスクまたは光ディスクなどの、非揮発（永久的）記憶デバイス８０８も、バス８１０に接続される。
【００８４】
命令を含む情報は、人間のユーザが操作する英数字キーを備えるキーボード、またはセンサなど、外部入力デバイス８１２から、プロセッサによる使用のために、バス８１０に提供される。センサは、その近傍における状態を検知し、その検知を、コンピュータシステム８００において情報を表すために使用される信号に変換する。バス８００に接続され、主として人間との対話のために使用される、その他の外部デバイスは、画像を提示するための陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ装置８１４、および、ディスプレイ８１４上に提示される小さなカーソル像の位置を制御し、ディスプレイ８１４上に提示されるグラフィカル要素に関連するコマンドを発するための、マウス、トラックボールまたはカーソル誘導キーなどのポインティングデバイス８１６を含む。
【００８５】
図示された実施形態において、特定用途向け集積回路（ＩＣ）８２０など、特別目的ハードウェアが、バス８１０に接続される。特別目的ハードウェアは、特別な目的のために十分に迅速に、プロセッサ８００によって実行されない動作を実行するように構成される。特定用途向けＩＣの例には、ディスプレイ８１４のための画像を生成するためのグラフィクスアクセレレータ・カード、ネットワークを介して送られるメッセージを暗号化および解読するための暗号化基盤、ならびに、ハードウェアに実装する方がより効率的な複雑な動作シーケンスを反復実行する、ロボットアームおよび医療用走査機器など、特別な外部デバイスとの音声認識およびインタフェースなどがある。
【００８６】
コンピュータシステム８００はまた、バス８００に接続された通信インタフェース８７０の１つ以上の例を含む。通信インタフェース８７０は、プリンタ、スキャナ、外部ディスクなど、それ自身のプロセッサとともに動作する多様な外部デバイスに接続される双方向通信を提供する。一般に、この接続は、それ自身のプロセッサを有する多様な外部デバイスが接続されるローカルネットワーク８８０に接続されるネットワークリンク８７８との間になされる。例えば、通信インタフェース８７０は、パソコン上のシリアルポートまたはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）であってもよい。いくつかの実施形態では、通信インタフェース８７０は、統合サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）カード、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、または、対応する型の電話回線への情報通信接続を提供する電話モデムである。いくつかの実施形態では、通信インタフェース８７０は、バス８１０上の信号を、同軸ケーブルを介する通信接続のための信号、または光ファイバケーブルを介する通信接続のための光信号に変換するケーブルモデムである。別の例では、通信インタフェース８７０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔなど、適合ＬＡＮへのデータ通信接続を提供するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードとあってもよい。無線リンクが実装されてもよい。音波、および、無線波、光、赤外線波を含む電磁波などの、搬送波は、ワイヤもケーブルもなしに、空間を進行する。信号は、搬送波の振幅、周波数、位相、極、またはその他の物理特性の人工の変動を含む。無線リンクについては、通信インタフェース８７０は、デジタルデータなど、情報のストリームを運ぶ、電気、音、または、赤外線および光の信号を含む、電磁気の信号を送受する。
【００８７】
本明細書において、コンピュータ可読媒体という用語は、プロセッサ８０２への、実行命令を含む、情報の提供に参加する任意の媒体を指すために用いられる。そのような媒体は、非揮発性媒体、揮発性媒体、送信媒体を含むが、それらに限定されない、多数の形式をとる。揮発性媒体は、例えば、記憶デバイス８０８など、光または電磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、例えば、動的メモリ８０４を含む。送信媒体は、例えば、同軸ケーブル、銅線ワイヤ、光ファイバケーブル、ならびに、音波、および、無線波、光、赤外線波を含む、電磁波など、ワイヤもケーブルもなしに空間を進行する波を含む。本明細書において、送信媒体を除き、コンピュータ可読媒体という用語は、プロセッサ８０２への情報の提供に参加する任意の媒体を指すために用いされる。
【００８８】
一般的な形のコンピュータ可読媒体は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または、その他の任意の磁気媒体、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、またはその他の任意の光媒体、パンチカード、紙テープ、またはその他の任意の穴パターンを有する物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、またはその他の任意のメモリチップあるいはカートリッジ、搬送波、または、コンピュータが読み出すことができるその他の任意の媒体を含む。本明細書において、非一時的コンピュータ可読記憶媒体という用語は、搬送波およびその他の信号を除き、プロセッサ８０２への情報提供に参加する媒体を指すために用いられる。
【００８９】
１つ以上の有形媒体に符号化される論理には、コンピュータ可読媒体上のプロセッサ命令と、ＡＳＩＣ  ８２０などの特別目的ハードウェア上のそれのうちの、一方または両方などがある。
【００９０】
ネットワークリンク８７８は、典型的には、１つ以上のネットワークを通じて、情報を使用または処理する他のデバイスに、情報を提供する。例えば、ネットワークリンク８７８が、ローカルネットワーク８８０を介して、ホストコンピュータ８８２、または、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）によって運用される設備８８４への接続を提供してもよい。そして、ＩＳＰ設備８８４は、現在では一般にインターネット８９０と呼称される、全世界公衆パケット交換通信の、ネットワークのネットワークを介して、データ通信サービスを提供する。インターネットに接続されたサーバ８９２と呼ばれるコンピュータは、インターネットを通じて受け取った情報に応答して、サービスを提供する。例えば、サーバ８９２は、ディスプレイ８１４における表現のために、映像データを表す情報を提供する。
【００９１】
本発明は、本明細書に記載する技術を実装するためのコンピュータシステム８００の使用に関する。本発明の実施形態により、前記の技術は、メモリ８０４に格納された１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行するプロセッサ８０２に応答して、コンピュータシステム８００によって実行される。ソフトウェアおよびプログラムコードとも呼ばれる、そのような命令は、記憶デバイス８０８など、他のコンピュータ可読媒体から、メモリ８０４に読み込まれてもよい。メモリ８０４に格納された命令シーケンスの実行は、プロセッサ８０２に、本明細書に記載した工程の実行を行わせる。それに代わる別の実施形態では、特定用途向け集積回路８２０などのハードウェアが、本発明の実装のために、ソフトウェアに代わって、またはソフトウェアと組み合わせて、使用されてもよい。したがって、本発明の実施形態は、個別のハードウェアとソフトウェアの組み合わせに限定されない。
【００９２】
ネットワークリンク８７８、および通信インタフェース８７０を介する他のネットワークを通じて送信された信号は、情報を、コンピュータシステム８００へ、また、そこから情報を運ぶ。コンピュータシステム８００は、ネットワークリンク８７８および通信インタフェース８７０を介して、特にネットワーク８８０，８９０を通じて、プログラムコードを含む、情報を送受することができる。インターネット８９０を使用する例において、サーバ８９２は、コンピュータシステム８００から送信されたメッセージによって要求された特定アプリケーションのためのプログラムコードを、インターネット８９０、ＩＳＰ設備８８４、ローカルネットワーク８８０、および通信インタフェース８７０を介して、送信する。受信されたコードは、受信と同時に、プロセッサ８０２によって実行されてもよく、後で実行するために、記憶デバイス８０８、あるいは、その他の非揮発性記憶装置に格納されてもよく、またはそれらの両方であってもよい。このようにして、コンピュータシステム８００は、搬送波上の信号の形で、アプリケーションプログラムコードを取得してもよい。
【００９３】
多様な形式のコンピュータ可読媒体が、命令あるいはデータ、またはそれらの両方の、１つ以上のシーケンスを、実行のために、プロセッサ８０２へ運ぶことにかかわってもよい。例えば、命令およびデータは、最初、ホスト８８２など、遠隔コンピュータの磁気ディスク上に運ばれてもよい。遠隔コンピュータは、命令およびデータを、その動的メモリ内にロードし、命令およびデータを、モデムを使用して、電話回線を通じて送信する。コンピュータシステム８００のローカルのモデムが、電話回線を介して、命令およびデータを受信し、ネットワークリンク８７８として働き、命令およびデータを赤外線搬送波上の信号に変換する赤外線送信器を使用する。通信インタフェース８７０として働く赤外線検知器が、赤外線信号として運ばれた命令およびデータを受信し、バス８１０に、命令およびデータを表す情報を乗せる。バス８１０は、情報をメモリ８０４に運び、そこから、プロセッサ８０２が命令を引き出して、命令とともに送られたデータの一部を使用して、命令を実行する。メモリ８０４に受信された命令およびデータは、任意選択的に、プロセッサ８０２による実行の前、または後に、記憶デバイス８０８に格納されてもよい。
【００９４】
図９は、本発明の実施形態を実装し得るチップセット９００の例示である。チップセット９００は、本明細書に記載する方法の１つ以上の工程を実行するようにプログラムされ、例えば、１つ以上の物理的パッケージ（例えば、チップ）に組み込まれた、図８に関して記載されたプロセッサおよびメモリコンポーネントを含む。例示として、物理的パッケージには、物理的強度、サイズの保存、および／または電気的相互作用の制限など、１つ以上の特徴を提供するための構造的アセンブリ（例えば、ベースボード）上の１つ以上の資材、コンポーネント、および／またはワイヤの配置などがある。特定の実施形態においては、チップセットは単一チップに実装可能であると想定される。チップセット９００、またはその一部は、本明細書に記載する方法の１つ以上の工程を実行するための手段を構成する。
【００９５】
１つの実施形態において、チップセット９００は、チップセット９００のコンポーネント間に情報を送受させるためのバス９０１などの通信メカニズムを含む。プロセッサ９０３は、例えば、メモリ９０５に記憶された命令を実行し、情報を処理するために、バス９０１への接続能力を有する。プロセッサ９０３は、１つ以上の処理コアを含むことができ、各コアは独立に実行するように構成される。マルチコアプロセッサは、単一の物理パッケージ内での複数処理を可能にする。マルチコアプロセッサの例としては、２つ、４つ、８つ、または、それより大きい数の処理コアを含む。それとは代替的に、または追加的に、プロセッサ９０３は、命令の独立的実行、パイプライン化、マルチスレッド化を可能にする、バス９０１を介して、タンデム状に構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含んでもよい。プロセッサ９０３は、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）９０７、または１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）９０９など、特定の処理機能およびタスクを実行する、１つ以上の特化したコンポーネントを備えて実現されてもよい。ＤＳＰ９０７は、典型的には、プロセッサ９０３からは独立して、リアルタイムで、現実世界の信号（例えば、音）を処理するように構成される。同様に、ＡＳＩＣ９０９は、汎用プロセッサでは実行が容易でない、特化した機能を実行するように構成することができる。本明細書に記載する発明機能の実行を助ける、他の特化したコンポーネントとしては、１つ以上のフィールドプログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）（図示せず）、１つ以上のコントローラ（図示せず）、またはその他の１つ以上の特別目的コンピュータチップなどがある。
【００９６】
プロセッサ９０３および付随するコンポーネントは、バス９０１を介するメモリ９０５への接続能力を有する。メモリ９０５は、実行可能な命令であって、それが実行されると、本明細書に記載する方法の１つ以上の工程を行う命令を格納するための、動的メモリ（例えば、ＲＡＭ、磁気ディスク、書き込み可能光ディスク等）と静的メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等）の両方を含む。メモリ９０５は、本明細書に記載する方法の１つ以上の工程の実行に関連する、またはそれによって生成される、データを格納する。
【００９７】
６．変形、拡張、および修正
以上の明細において、本発明は、特定の実施形態に照らして記述された。しかし、本発明の広い精神と範囲から逸脱することなく、本発明に様々な修正および変更を加え得ることは明らかであろう。したがって、明細書および図面は、制限的意味ではなく、例示的意味を有するとみなされなければならない。本明細書および請求の範囲を通じて、文脈から別の意味に解すべき場合を除き、ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ならびに、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓおよびｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇなど、その変形は、述べられた項目、要素、あるいは工程、または、項目、要素、あるいは工程の集まりを含むと解されるが、任意のその他の項目、要素、あるいは工程、または、項目、要素、あるいは工程の集まりを排除するものではない。さらに、不定冠詞ａまたはａｎは、それによって修飾される項目、要素、または工程の１つ以上を示すものである。本明細書において使用される場合、文脈から明らかである場合を除き、値は、それが他の値を２で乗除（２または１／２倍）したものである場合、他の値に「約」を付けたものである。例示の範囲が与えられた場合、文脈から明らかな場合を除き、様々な実施形態において、それに含まれる範囲もすべて意図されている。したがって、いくつかの実施形態において、１から１０の範囲は、１から４の範囲を含む。
【００９８】
７．参考文献
Ａｄａｎｙ，Ｐ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，ａｎｄ  Ｒ．Ｈｕｉ，“Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｌｉｄａｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｈｏｍｏｄｙｎｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”Ｊｏｕｒ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．，ｖ．２７（１６），１５  Ａｕｇｕｓｔ，２００９．
Ｈａｒａｌｉｃｋ，Ｒ．Ｍ．，Ｓ．Ｒ．Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ  ａｎｄ  Ｘ．Ｚｈｕａｎｇ，“Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ｖ．ＰＡＭＩ−９（４），Ｊｕｌｙ  １９８７．
Ｈｕｉ，Ｒ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，ａｎｄ  Ｐ．Ａｄａｎｙ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  ＦＭ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  ｌａｓｅｒ  ＲＡＤＡＲ，”ＵＳ  ｐａｔｅｎｔ  ７，７４２，１５２，２２  Ｊｕｎｅ  ２０１０．
【図１Ａ】
2019537013.tif 000003
【図１Ｂ】
2019537013.tif 000004
【図２Ａ】
2019537013.tif 000005
【図２Ｂ】
2019537013.tif 000006
【図３Ａ】
2019537013.tif 000007
【図３Ｂ】
2019537013.tif 000008
【図３Ｃ】
2019537013.tif 000009
【図３Ｄ】
2019537013.tif 000010
【図３Ｅ】
2019537013.tif 000011
【図４】
2019537013.tif 000012
【図５】
2019537013.tif 000013
【図６Ａ】
2019537013.tif 000014
【図６Ｂ】
2019537013.tif 000015
【図６Ｃ】
2019537013.tif 000016
【図６Ｄ】
2019537013.tif 000017
【図６Ｅ】
2019537013.tif 000018
【図７Ａ】
2019537013.tif 000019
【図７Ｂ】
2019537013.tif 000020
【図８】
2019537013.tif 000021
【図９】
2019537013.tif 000022
【図１０】
2019537013.tif 000023
【図１１Ａ】
2019537013.tif 000024
【図１１Ｂ】
2019537013.tif 000025
【図１２】
2019537013.tif 000026
【図１３Ａ】
2019537013.tif 000027
【図１３Ｂ】
2019537013.tif 000028
【図１４】
2019537013.tif 000029
【国際調査報告】
2019537013.tif 000030
2019537013.tif 000031
2019537013.tif 000032